Учёные создали холодильник для транзистора

Термоэлектрические элементы и, шире, эффект Пельтье известны не просто давно, а очень давно. Подобные элементы позволяют либо генерировать электрический ток за счёт разности температур у пары сопряжённых полупроводниковых пластин, либо охлаждать одну из пластин после подачи на пару электрического тока. В свежем исследовании учёные задались вопросом, насколько маленьким можно сделать такой «холодильник», и может ли миниатюризация помочь с охлаждением микросхем.

В нижнем правом углу на изображении можно увидеть «зелёную» капельку росы, подтверждающей эффект охлаждения участка схемы (ACS Nano)

Группа учёных из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) разработала микроскопическое охлаждающее устройство, которое они описывают как «самый маленький холодильник в мире». Объём этого холодильника приближается к одному кубическому микрометру. Утверждается, что предыдущий рекорд по созданию подобного рода охладителей побит в «более чем десятки тысяч раз».

По словам учёных, хотя никакой практической цели проделанный опыт не несёт, предельная миниатюризация в области термоэлектрических элементов ведёт к пониманию фундаментальных законов и термоэлектрических явлений на атомном и близком к нему уровням. Впоследствии, вооружившись новыми знаниями, эффекту можно будет найти практическое применение с хорошей отдачей на более высоких уровнях. Например, создавая интегрированные охладители в составе микросхем или вырабатывая электроэнергию для питания носимой электроники или для других миниатюрных и автономных приборов.

Главная черта предложенного учёными миниатюрного термоэлектрического элемента заключается в том, что он практически безынерционный. При подаче питания на него участок между двумя полупроводниками охлаждается почти мгновенно — в миллионы раз быстрее, чем позволяют осуществить термоэлектрические элементы объёмом в один мм³.

В опыте учёные в качестве материала одного полупроводника использовали теллурид висмута (Bi₂Te₃), а вторым материалом был выбран теллурид сурьмы-висмута (Sb_2–xBi_xTe₃). Подробнее об эксперименте сообщается в журнале ACS Nano.