Uutiset

Tutkijat löysivät uuden menetelmän lämmönsiirtoon elektronisissa komponenteissa

Hallinnoimalla fononien virtausta puolijohdenanolangoissa insinöörit pystyvät luomaan pienempiä ja nopeampia laitteita.

Lämpövirran hallinta puolijohdemateriaaleissa on merkittävä haaste pyrittäessä kehittämään entistä pienempiä ja nopeampia tietokonesiruja, tehokkaita aurinkopaneeleita ja parempia lasereita ja biolääketieteellisiä laitteita. Optimoimalla mikrosirujen lämmönhallintaa niitä voidaan pakata tiiviimmin.

Kansainvälinen tutkijaryhmä, jossa on mukana Aalto-yliopiston tutkijoita, on ensimmäistä kertaa onnistunut säätämään hallitusti akustisten fononien energiaspektriä muuttamalla puolijohderakenteen mittasuhteet nanometriluokkaan. Akustiset fononit – eli kidehilan värähtelyiden joukko – ovat näennäishiukkasia, jotka osallistuvat materiaaleissa lämmönsiirtoon. Tuloksilla on merkittäviä vaikutuksia sähköisten komponenttien lämmönhallintaan.

Tutkijaryhmä käytti Suomessa galliumarsenidista valmistettuja puolijohdenanolankoja ja Brillouin-Mandelstam -sirontaspektroskopiaa tutkiakseen fononien liikettä kiteisissä nanorakenteissa.

”Pystymme hallitsemaan nanolankarakenteen mittoja tarkasti nanomittakaavassa yhdistämällä elektronisuihkulitografian ja puolijohteiden epitaktisen kasvatuksen. Tutkimuksessa käytetyt nanolangat olivat noin 80 nm halkaisijaltaan. Mittojen tarkka hallinta mahdollistaa fononien energiaspektrin muuttamisen”, väitöskirjaa Mikro- ja nanotekniikan laitoksella tekevä Joona-Pekko Kakko tarkentaa.

Fononien dispersion hallinta on olennaisen tärkeää pyrittäessä parantamaan nanomittakaavan komponenttien lämmönpoistoa, josta on tullut suurin este mahdollisuuksille pienentää niiden kokoa edelleen. Dispersiota voidaan hyödyntää myös pyrittäessä parantamaan termosähköisen tuotannon tehokkuutta. Tällöin lämmönjohtavuuden pienentäminen fononien avulla hyödyttää termosähköisiä laitteita, jotka tuottavat sähköä käyttämällä lämpötilaeroa puolijohteissa.

"Vuosien ajan ainoa ajateltavissa oleva menetelmä nanorakenteiden lämmönjohtavuuden muuttamiseen oli räätälöidä nanorakenteiden rajapintoja, jotka vaikuttavat akustisten fononien sirontaan. Osoitimme kokeellisesti, että akustisten fononien rajaaminen nanolangoissa muuttaa niiden nopeutta, mikä taas muuttaa niiden tapaa vuorovaikuttaa hiukkasten kanssa ja kykyä johtaa lämpöä. Tutkimuksemme luo uusia mahdollisuuksia pyrittäessä optimoimaan puolijohdemateriaalien lämmön- ja sähkönjohtamisominaisuuksia", kertoo tutkimusta johtanut professori Alexander Balandin.

Kalifornian Riverside-yliopiston professorin Alexander Balandinin sekä Aalto-yliopiston professorin Harri Lipsasen yhteistyönä tehty tutkimus on julkaistu torstaina 10. marraskuuta Nature Communications -lehdessä ilmestyneessä artikkelissa. Artikkelin otsikko on "Direct observation of confined acoustic phonon polarization branches in free-standing nanowires." Työ tehtiin osittain Aallon Energiatehokkuusohjelman Moppi-projektissa.

Linkki artikkeliin www.nature.com/articles/ncomms13400

Lisätietoa:
tohtorikoulutettava Joona-Pekko Kakko
[email protected]

Professori Harri Lipsanen
[email protected]
puh 050 4339 740

 

 

  • Julkaistu:
  • Päivitetty:
Jaa
URL kopioitu

Lisää tästä aiheesta

Kuva: Adolfo Vera.
Tutkimus ja taide Julkaistu:

HUSissa ja Aallossa alkaa tutkimus EEG-aivosähkökäyrästä tehtävästä koronavirusinfektion hengitysvaikeuden ennusteesta

Koronaviruspotilaiden vakavien hengitysvaikeuksien taustatekijöitä etsitään koneoppimisen avulla EEG-aivosähkökäyristä. Tutkimuksen tuloksia on tarkoitus hyödyntää muidenkin potilaiden tehohoidon arvioinnissa.
Photo: Aalto University
Tutkimus ja taide Julkaistu:

EU-hankkeessa pyritään hyödyntämään led-valojen termodynamiikkaa hukkaenergian muuntamiseen takaisin sähköksi

Horisontti 2020 -hankkeessa pyritään muun muassa minimoimaan materiaaleista johtuvat häviöt.
Kuvassa vihreällä taustalla kuvat Matti Rossista ja Markku Kaustiasta
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Onko tulevaisuus OneCoin-tyyppisten pyramidihuijausten?

Professorit Matti Rossi ja Markku Kaustia keskustelevat kryptovaluuttojen mahdollisuuksista ja haasteista.
Nainen seisoo ja katsoo sivulle hymyillen kädet puuskassa. Hänellä on päällään musta paita ja sininen huivi ja aurinko värjää taustaa vaaleaksi.
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Lapsuuden harrastuksista tuli professori Maarit Käpylän työ

Lapsena Maarit Käpylä oli ujo ja syrjäänvetäytyvä tyttö, jota kiinnostivat tähdet ja koodaaminen. Nyt hän tutkii auringon aktiivisuutta, eikä se onnistuisi ilman tietotekniikkaa.