Это тепловой аналог двухтранзисторного затвора. Каждый из трех транзисторных выводов состоит из двухуровневых систем и взаимодействует с ваннами с температурами TL, TM и TR. Температура подложки определяется Tc. Тепловые потоки через затвор транзистора представлены JL1, JL2, JM1, JM2, JR1 и JR2. Тепловой поток в систему представлен JLeq, а тепловой поток в ванну представлен JReq, которые действуют аналогично току коллектора и эмиттера транзистора. 
Фото: Утпала Н. Эканаяке и Малин Премаратне.

Нанотехнологии оказали значительное влияние на полупроводниковую промышленность, позволив производить транзисторы размером всего несколько нанометров. Хотя миниатюризация электронных компонентов привела к увеличению плотности транзисторов, она также увеличила тепловыделение.

Чтобы решить эту проблему, современные тепловые технологии основаны на термоэлектрических охлаждающих модулях, жидких хладагентах и ​​радиаторах для рассеивания тепла. Однако мы предвидим будущее, когда нанотехнологии будут играть решающую роль в разработке миниатюрных устройств охлаждения и сбора энергии, которые можно будет легко интегрировать в электронные схемы. Наши исследования мотивированы этим видением, и мы работаем над продвижением в этой области, изучая новые наноматериалы и архитектуры устройств для эффективного управления теплом и сбора энергии.

Как мы можем контролировать выработку тепла новым способом?

Манипулирование квантовыми ресурсами в электронной промышленности имеет большой потенциал для создания инновационных устройств, предназначенных для управления выделением тепла. Достижения в этой области в значительной степени зависят от теоретических основ и основных принципов проектирования, включающих теорию открытых квантовых систем. Благодаря лучшему пониманию этих концепций исследователи могут создавать более быстрые и эффективные стратегии охлаждения для передовой электроники.

Однако необходимы обширные исследования, чтобы полностью установить теорию передачи энергии в тепловых устройствах, особенно когда эти системы сильно связаны с окружающей их средой. Прежде чем модели тепловых устройств можно будет довести до стадии изготовления, крайне важно подробно изучить область квантового управления температурой.

Одним из таких примеров открытой квантовой системы является тепловой транзистор, взаимодействующий с набором термальных ванн. Двухуровневые системы представляют выводы транзистора. В квантовом тепловом транзисторе три такие системы взаимодействуют с тремя непосредственно связанными тепловыми ваннами с разными температурами. После настройки тепловой транзистор ведет себя аналогично электронному транзистору. Соединив несколько тепловых транзисторов через ванны, исследователи могут создать многотранзисторную систему, способную генерировать различные тепловые аналоги электроники.

Новая перспектива для будущей электронной промышленности

Как подробно описано в исследовании, опубликованном в журнале Physical Review B, мы разработали новую теоретическую модель управления тепловой энергией с использованием многотранзисторной структуры, которая позволяет управлять тепловым потоком подобно электричеству. В отличие от предыдущих исследований, в которых использовались одиночные структуры, мы использовали кольца двухуровневых систем, соединенных с различными ваннами, что расширило способность усиливать тепловые потоки.

Наша модель эффективна, поскольку ее можно разместить на подложке, что открывает путь к практичной конструкции квантового теплового транзистора. Мы исследовали, как общие эффекты окружающей среды и методы проектирования резервуаров могут быть использованы для создания темных состояний, ведущих к реализации тепловых логических вентилей.

Хотя наши исследования по-прежнему сосредоточены на экспериментальной реализации этих моделей, они могут произвести революцию в нашем подходе к эффективному управлению температурным режимом в современной электронике. Включение/выключение этих тепловых транзисторов можно использовать для охлаждения электронных схем, что представляет новое значение для электроники будущего.

Эта история является частью диалога Science X Dialog, где исследователи могут сообщать о результатах своих опубликованных научных статей. Посетите эту страницу для получения информации о ScienceX Dialog и о том, как принять в нем участие.