Чипы будут охлаждаться кристаллами?

Исследователи из Института Карнеги открыли новый эффективный способ накачки тепла с помощью кристаллов. Кристаллы могут доставлять или отбирать тепло даже на наношкале, поэтому они могли бы быть использованы для охлаждения компьютерных чипов, перегревание которых является основной причиной ограничения быстродействия компьютеров.

Исследование выполнили Рональд Коэн (Ronald Cohen) из геофизической лаборатории Карнеги и Мэймон Роуз (Maimon Rose) из Чикагского университета. Они провели симуляцию на кристаллах сегнетоэлектриков, которые проявляют спонтанную поляризацию в отсутствии электрического поля. Поляризация может быть обращена с помощью внешнего электрического поля. Ученые обнаружили, что присутствие электрического поля вызывает гигантские температурные изменения в материале, удвоенный электрокалорический эффект, намного выше температуры состояния параэлектрика.

«При электрокалорическом эффекте выделяется тепло благодаря изменению температуры при приложении электрического поля, - объяснил д-р Коэн. – Этот эффект известен еще с 1930-х годов, но не использовался, поскольку имеющиеся тогда материалы обладали высокой температурой перехода (точка Кюри). Мы обнаружили, что эффект усиливается, если окружающая температура намного выше температуры перехода, поэтому предпочтительнее являются материалы с низкой температурой перехода».

Выше температуры перехода сегнетоэлектрик становится параэлектриком (аналог парамагнетикам), то есть теряет спонтанную поляризацию в отсутствии электрического поля.

Роуз и Коэн использовали симуляцию динамики молекул на атомной шкале, во время которой они исследовали поведение атомов сегнетоэлектрика ниобата лития как функцию температуры и электрического поля.

«Ниобат лития ранее не изучался таким образом. Мы были приятно удивлены, когда увидели высокие температурные изменения», - отметил д-р Роуз.

Рисунок показывает симуляцию динамики молекул ниобата лития при изменении электрического поля, которое изменяет знак поляризации. Ниобий (красный) и кислород (зеленый) показаны только для одной итерации во времени. Литий показывает серию цветов для разных шагов времени. Изображение является лишь малой частью действительной симуляции