據美國物理學家組織網4月3日報道,近日,美國伊利諾伊大學研究人員宣布,他們用原子力顯微鏡探針檢測了與富勒烯(石墨單原子層)接觸點的熱電效應,首次發現富勒烯晶體管在納米尺度具有自行制冷效應,能降低自身溫度。該研究成果發表在4月3日網絡版的《自然?納米技術》雜志上。
計算機芯片的速度和尺寸大小受制于散熱效果。電流通過設備材料由于碰撞而產生熱,這種現象稱為電阻熱,這種熱大大超過了給設備局部制冷的電效應,因此絕大部分電子設備都需要散熱。使用硅芯片的計算機要用風扇或流水給晶體管制冷,這一過程消耗了大量的電能。
未來由富勒烯制造的計算機芯片,比硅芯片速度更快更省電。但由于富勒烯太薄,人們對它的發熱散熱機制一直不太了解。由伊利諾伊大學機械科學與工程教授威廉姆?金和該校微尺度與納米技術實驗室電學與計算機工程教授埃里克?波普共同領導的研究小組,用一種原子力顯微鏡探針(AFM tip)作為溫度計,掃描了一個富勒烯?金屬接頭,首次測量了富勒烯晶體管在工作過程中的溫度。他們發現,在富勒烯晶體管和金屬接觸點,熱電制冷效應比電阻發熱效應更強,晶體管的溫度更低。
“在硅和大部分材料中,電熱效應比它們的制冷效應要強得多。”金解釋說,“但我們發現在富勒烯晶體管中,存在一個制冷效果比電阻熱更強的區域,讓它們能自行冷卻。以前從未發現過富勒烯設備有這種自行制冷效應。”而這種自行制冷效應意味著,富勒烯電子設備不需要制冷,或只要很少的制冷,將帶來更高的能效,進一步加大了富勒烯作為硅替代品的吸引力。
波譜表示,富勒烯電子設備還處在初級階段,這一新發現將使它在熱電方面的應用得到加強。下一步,他們打算用AFM溫度探針來研究碳納米管及其他材料的冷熱效應。
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