Transistor auto-raffreddanti? Con il grafene è possibile

Transistor auto-raffreddanti? Con il grafene è possibile

Un gruppo di ricercatori scopre un particolare effetto termoelettrico che consente ai transistor in grafene di raffreddarsi durante la normale attività

di Andrea Bai pubblicata il , alle 09:40 nel canale Scienza e tecnologia
 

Un gruppo di ricercatori dell'Università dell'Illinois ha scoperto un particolare effetto termoelettrico proprio dei transistor in grafene che consente loro di auto-raffreddarsi durante la normale attività. Le scoperte del gruppo di ricerca sono state pubblicate il 3 aprile nell'edizione online della rivista Nature Nanotechnology.

Attualmente una delle più ingombranti limitazioni alla velocità operativa e alla dimensione dei chip per computer è rappresentato dal calore che essi dissipano. Tutti i dispositivi elettronici dissipano energia sottoforma di calore, un fenomeno conosciuto con il nome di effetto Joule. Sussistono tuttavia una serie di altri fenomeni termoelettrici minori, che possono localmente dare luogo ad abbassamenti di temperatura: il calore dissipato per l'effetto Joule è di norma tale da risultare superiore a qualsiasi effetto termoelettrico di raffreddamento.

I chip per computer, allo scopo di poter operare in maniera corretta, devono essere raffreddati mediante sistemi ad aria o a fluidi, con un conseguente consumo di energia che in alcuni frangenti (si pensi ai sistemi notebook) vanno a consumare una parte consistente dell'energia necessaria all'alimentazione del dispositivo.

Del grafene abbiamo avuto modo di parlare parecchie volte sulle pagine di Business Magazine e di Hardware Upgrade: questo particolare "foglio" di atomi di carbonio, disposti in un reticolo cristallino esagonale, è caratterizzato da interessanti proprietà fisiche e da una elevata mobilità elettronica, che lo rende particolarmente attraente come "erede" del silicio per le future applicazioni pratiche nella realizzazione di transistor e chip.

La scoperta dei ricercatori dell'Università dell'Illinois potrebbe aggiungere ulteriori elementi di interesse a favore del grafene. Del resto un'attenta indagine sul comportamento termoelettrico del materiale non è mai stata condotta in precedenza, per via delle ridottissime dimensioni in gioco. Impiegando una particolare sonda microsocopica per le misurazioni di temperatura, i ricercatori hanno infatti scoperto che nel punto in cui il grafene si trova a contatto con le connessioni metalliche l'effetto di raffreddamento termoelettrico è maggiore rispetto all'effetto Joule portando realmente ad un abbassamento di temperatura del transistor.

Il coordinatore del progetto di ricerca William King, professore di ingegneria e scienza meccanica, ha commentato: "Nel silicio e in molti altri materiali il calore elettronico è molto più elevato dell'autroraffreddamento. Abbiamo tuttavia scoperto che in questi transistor di grafene vi sono regioni dove il raffreddamento termoelettrico può essere superiore all'effetto Joule, permettendo a questi dispositivi di raffreddarsi da soli. Questo comportamento non è mai stato osservato in precedenza per i transistor in grafene".

"L'elettronica basata sul grafene è ancora nei primi stadi della sua vita. Le misurazioni che abbiamo condotto e le simulazioni ci hanno restiuito proiezioni secondo le quali l'effetto termoelettrico di raffreddamento migliorerà con l'affinamento della tecnologia per la realizzazione dei transistor in grafene" ha aggiunto Eric Pop, professore di ingegneria elettrica e informatica, che ha coordinato il progetto assieme a King.

L'evoluzione di questa scoperta potrebbe portare in un futuro non troppo lontano alla realizzazione di processori ad elevate prestazioni che non necessitano sistemi di raffreddamento. Tra le prossime attività del gruppo di ricerca vi è l'indagine del comportamento termico dei nanotubi di carbonio e di altri nanomateriali con l'impiego di sonde AFM (atomic force microscope). La ricerca ha avuto il supporto dell'Air Force Office of Scientific Researc e dell'Office of Naval Research.

16 Commenti
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ercole6905 Aprile 2011, 11:01 #1

strano

i ricercatori hanno infatti scoperto che nel punto in cui il grafene si trova a contatto con le connessioni metalliche l'effetto di raffreddamento termoelettrico è maggiore rispetto all'effetto Joule portando realmente ad un abbassamento di temperatura del transistor.


Se è vero quello che hanno realizzato sarebbe possibile alimentare un circuito chiuso abbastanza semplicemente: una volta che il circuito è innescato, se il lato caldo viene raffreddato con un circuito speculare non alimentato, grazie al principio di Seebeck si genererà della corrente che potrà essere usata per alimentare il ramo "attivo" del circuito il quale genererà calore che farà raffreddare sempre più il lato "passivo" con il grafene e quindi continuerà ancora a generare corrente.
A me pare però che vada a cozzare rumorosamente contro almeno un paio di principi della termodinamica
MaxArt05 Aprile 2011, 11:02 #2
Immagino che ci sarà un intervallo di temperature dove avviene il fenomeno. Bisogna vedere se si tratta di temperature simili a quelle ambientali prima di gridare al miracolo.

Io comunque sto ancora aspettando la prima CPU in grafene commercialmente distribuita. Qualcuno ha una vaga idea di quando potrà avvenire?
Markk11705 Aprile 2011, 11:47 #3
il grafene ha delle potenzialità enormi, però non credo che con un circuito come descrtitto da ercole69 si riesca a ottenere l'effetto voluto, perchè il calore non dovrebbe raggiungere la soglia per generare energia. Comunque qui si sta parlando di transistor "auto dissipanti" prestatemi il termine, quindi implica anche che il calore in gioco è nettamente inferiore a quello che abbiamo tutt'ora con il silicio, e che per un principio elettromeccanico di questo transistor si possa diminuire la temperatura sotto certi stimoli imposti al transistor.
JackZR05 Aprile 2011, 13:28 #4
Se scaldano meno allora si troverà il modo di farle scaldare di più, + core, + Hz, etc...
ercole6905 Aprile 2011, 14:12 #5
Originariamente inviato da: Markk117
il grafene ha delle potenzialità enormi, però non credo che con un circuito come descrtitto da ercole69 si riesca a ottenere l'effetto voluto, perchè il calore non dovrebbe raggiungere la soglia per generare energia.

Il mio era un esempio "ironico": un circuito del genere non potrà mai esistere. Comunque l'effetto Seebek si manifesta già con 1 grado K di differenza fra il punto caldo e quello freddo.

Originariamente inviato da: Markk117
Comunque qui si sta parlando di transistor "auto dissipanti" prestatemi il termine, quindi implica anche che il calore in gioco è nettamente inferiore a quello che abbiamo tutt'ora con il silicio, e che per un principio elettromeccanico di questo transistor si possa diminuire la temperatura sotto certi stimoli imposti al transistor.

Da cosa dice l'articolo non è necessariamente detto che le temperature debbano essere inferiori a quelle attuali. Semplicemente dice che il potere di dissipazione supera l'effetto Joule. E questo mi pare sia impossibile, perchè prevederebbe un disavanzo di energia nel bilancio finale, e questo è impossibile. In un transistor, non essendoci traformazione di energia in moto, con buona approssimazione tutta l'energia che somministro diventa calore; il raffreddamento termoelettrico di cui parlano dovrebbe essere l'effetto Seebek, ma per dissipare più energia di quella che viene somministrata (unico modo per poter raffreddare un corpo), devo creare dell'energia dal nulla e questo viola le leggi della fisica. Ma per poter essere più precisi bisognerebbe leggere il testo integrale della ricerca.
+Benito+05 Aprile 2011, 14:41 #6
Originariamente inviato da: ercole69
E questo mi pare sia impossibile, perchè prevederebbe un disavanzo di energia nel bilancio finale, e questo è impossibile.


Esattamente. Ennesimo articolo scientifico riportato in modo pessimo da cui non si capisce nulla e da cui gli ignoranti traggono solo informazioni sbagliate.

Lasciate perdere...non siete all'altezza
Nenco05 Aprile 2011, 15:10 #7
Originariamente inviato da: +Benito+
Esattamente. Ennesimo articolo scientifico riportato in modo pessimo da cui non si capisce nulla e da cui gli ignoranti traggono solo informazioni sbagliate.

Lasciate perdere...non siete all'altezza


Solitamente certi articoli vengono approfonditi su appunti digitali da gente all'altezza.
Trotto@8105 Aprile 2011, 19:16 #8
devono essere raffreddati mediante sistemi ad aria o a fluidi

L'aria è un fluido al mio paese.
Chelidon06 Aprile 2011, 21:28 #9
Originariamente inviato da: ercole69
A me pare però che vada a cozzare rumorosamente contro almeno un paio di principi della termodinamica

Perché scusa una cella Peltier secondo te viola la termodinamica e fa "sparire il calore"?
Se si crea un gradiente termico e quindi ottieni il raffreddamento di una zona a spese di un'altra, non vuol dire che dell'energia sparisca magicamente, ma semplicemente che c'è un fenomeno di trasporto del calore, niente di trascendentale.
the_joe07 Aprile 2011, 09:17 #10
Originariamente inviato da: Chelidon
Perché scusa una cella Peltier secondo te viola la termodinamica e fa "sparire il calore"?
Se si crea un gradiente termico e quindi ottieni il raffreddamento di una zona a spese di un'altra, non vuol dire che dell'energia sparisca magicamente, ma semplicemente che c'è un fenomeno di trasporto del calore, niente di trascendentale.


Certo, però se uno legge i toni dell'articolo che cita
"Un gruppo di ricercatori scopre un particolare effetto termoelettrico che consente ai transistor in grafene di raffreddarsi durante la normale attività"


Sembra che i transistor in grafene durante il normale funzionamento si raffreddino invece di riscaldarsi, mentre è solo un fenomeno riscontrabile all'interno dei processori in determinate aree, nel complesso il processore deve essere raffreddato tramite mezzi esterni e l'energia dissipata in calore globalmente resta proporzionale a quella immessa sotto forma di corrente elettrica......

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