El avance de UCLA en tecnología de transistores térmicos de estado sólido

por Amir Hussein
5 comentarios
Solid-State Thermal Transistor

Investigadores de la UCLA han introducido un revolucionario transistor térmico de estado sólido, una innovación significativa en el campo de la gestión del calor para semiconductores. Este dispositivo gestiona eficientemente el movimiento del calor en materiales semiconductores mediante un campo eléctrico. Una ilustración de este dispositivo desarrollado por la UCLA demuestra su capacidad para manipular el flujo de calor. Este desarrollo fue logrado por H-Lab en UCLA.

Este innovador instrumento electrónico gestiona con precisión la activación y desactivación de la transferencia de calor.

Un grupo de científicos de la UCLA ha revelado un transistor térmico de estado sólido, estable y pionero. Este dispositivo emplea de forma única un campo eléctrico para dirigir el movimiento del calor en un semiconductor. La investigación, publicada en la revista Science, explica el funcionamiento de este dispositivo y sus posibles usos. Destaca por su rápido funcionamiento y alta eficiencia, revolucionando potencialmente el control del calor en chips de computadora mediante ingeniería atómica y molecular. Además, podría mejorar nuestra comprensión de la regulación del calor en el cuerpo humano.

Avance en la gestión del calor

Yongjie Hu, profesor de ingeniería mecánica y aeroespacial de UCLA, señaló: "Gestionar el flujo de calor a través de materiales con precisión ha sido un objetivo desafiante para físicos e ingenieros". Esta innovación representa un paso significativo hacia este objetivo, controlando el flujo de calor con la conmutación de un campo eléctrico, similar a la función de los transistores eléctricos durante muchos años.

Los transistores eléctricos, esenciales para la tecnología de la información moderna, fueron desarrollados inicialmente en la década de 1940 por los Laboratorios Bell. Constan de tres componentes: una compuerta, una fuente y un sumidero. La aplicación de un campo eléctrico a través de la puerta modula el flujo de electricidad, lo que permite que estos dispositivos semiconductores amplifiquen o conmuten señales eléctricas. Sin embargo, la miniaturización de los transistores ha llevado a que se instalen miles de millones en un solo chip, lo que aumenta la producción de calor y afecta el rendimiento del chip. Los disipadores de calor tradicionales extraen el calor de forma pasiva, pero la regulación dinámica y activa del calor sigue siendo un desafío.

Superando antiguas barreras

Los intentos anteriores de ajustar la conductividad térmica enfrentaron desafíos debido a su dependencia de piezas móviles, movimientos iónicos o componentes líquidos, lo que resultó en velocidades lentas de los interruptores del movimiento del calor y problemas de confiabilidad, incompatibles con la fabricación de semiconductores.

El transistor térmico recientemente desarrollado, con efecto de campo y diseño de estado sólido (sin partes móviles), ofrece alto rendimiento y compatibilidad con los procesos de fabricación de semiconductores. Su diseño implica manipular la dinámica de carga en la interfaz atómica, lo que permite un control eficaz del flujo de calor con una potencia mínima.

Rendimiento y aplicaciones excepcionales

Los investigadores de la UCLA demostraron transistores térmicos con puerta eléctrica, logrando una velocidad de conmutación récord de más de 1 megahercio (1 millón de ciclos por segundo). Estos transistores mostraron una capacidad de ajuste de 1,300% en conductancia térmica y un rendimiento confiable sostenido durante 1 millón de ciclos de conmutación.

Paul Weiss, coautor y profesor de química y bioquímica, destacó el éxito de la colaboración y señaló mejoras significativas en la velocidad y escala de la conmutación térmica en comparación con capacidades anteriores.

Su prueba de concepto incluye una interfaz molecular autoensamblada que actúa como canal de movimiento de calor. La resistencia térmica a través de las interfaces atómicas se controla activando y desactivando un campo eléctrico a través de un terminal de puerta, lo que facilita el movimiento preciso del calor a través del material.

El estudio confirma la eficacia del transistor mediante experimentos de espectroscopia y análisis computacionales, teniendo en cuenta los efectos de campo sobre las características atómicas y moleculares.

Esta investigación representa un avance tecnológico escalable para la energía sostenible en la fabricación y el rendimiento de chips. Hu también indica el potencial de esta tecnología para comprender la gestión del calor dentro del cuerpo humano, especialmente a nivel molecular.

La investigación, titulada "Interruptor térmico molecular controlado eléctricamente", involucra a varios autores afiliados a la UCLA y ha recibido el apoyo de varias fundaciones e instituciones. La fecha de publicación del estudio es el 2 de noviembre de 2023 en la revista Science, con la referencia DOI 10.1126/science.abo4297.

Preguntas frecuentes (FAQ) sobre el transistor térmico de estado sólido

¿Cuál es el reciente avance en la tecnología de gestión del calor de la UCLA?

Investigadores de la UCLA han desarrollado un novedoso transistor térmico de estado sólido que controla el movimiento del calor de los semiconductores mediante un campo eléctrico. Esto representa un avance significativo en la gestión del calor en los chips de computadora y podría tener aplicaciones para comprender la regulación del calor del cuerpo humano.

¿Cómo funciona el transistor térmico de estado sólido desarrollado por la UCLA?

El transistor utiliza un campo eléctrico para controlar el movimiento del calor en dispositivos semiconductores. Funciona manipulando la dinámica de carga en la interfaz atómica, lo que permite un control preciso y eficiente de la transferencia de calor.

¿Cuáles son las posibles aplicaciones del transistor térmico de estado sólido de UCLA?

La aplicación principal se encuentra en el campo de la gestión del calor de los chips de computadora, donde puede mejorar significativamente el rendimiento y la eficiencia de los chips. Además, tiene el potencial de mejorar la comprensión y el control de la regulación del calor en el cuerpo humano.

¿Qué diferencia al transistor térmico de UCLA de las tecnologías anteriores de gestión del calor?

El transistor térmico de UCLA es único en su diseño totalmente de estado sólido, lo que significa que no tiene partes móviles. Esto permite velocidades de conmutación más rápidas y una mayor confiabilidad en comparación con tecnologías anteriores que dependían de piezas móviles o componentes líquidos.

¿Quiénes fueron los contribuyentes clave a esta investigación en UCLA?

La investigación fue dirigida por el profesor Yongjie Hu del departamento de ingeniería mecánica y aeroespacial y el profesor Paul Weiss del departamento de química y bioquímica, junto con un equipo de investigadores de UCLA.

¿Cuáles son las capacidades de rendimiento del transistor térmico desarrollado por UCLA?

El transistor alcanzó una velocidad de conmutación récord de más de 1 megahercio (1 millón de ciclos por segundo) y una sintonizabilidad de 1,300% en conductancia térmica, con un rendimiento confiable durante más de 1 millón de ciclos de conmutación.

¿Se ha publicado el transistor térmico de la UCLA en una revista científica?

Sí, la investigación que detalla el transistor térmico de estado sólido se publicó en la revista Science el 2 de noviembre de 2023, bajo el título “Interruptor térmico molecular activado eléctricamente”.

Más sobre el transistor térmico de estado sólido

  • Escuela de Ingeniería Samueli de UCLA
  • Publicación de revista científica
  • Anuncio de la sala de prensa de UCLA
  • Ingeniería Mecánica y Aeroespacial en UCLA
  • Departamento de Química y Bioquímica de la UCLA
  • Subvenciones de los Institutos Nacionales de Investigación en Salud
  • Fundación Alfred P. Sloan
  • Fundación Nacional de Ciencia
  • Recursos de Nanolab de UCLA
  • Instituto de Nanosistemas de California en UCLA
  • Instituto de Investigación y Educación Digital de UCLA

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5 comentarios

Alex B. diciembre 26, 2023 - 8:31 am

Debo apreciar los cerebros de UCLA, este transistor térmico cambia las reglas del juego, ¿me pregunto cuándo se usará en productos reales?

Responder
emma diciembre 26, 2023 - 12:51 pm

Lea sobre esto en Science Journal, el artículo era bastante detallado. Es fascinante cómo funciona este transistor, sin duda un gran salto en la tecnología de semiconductores.

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sara k diciembre 26, 2023 - 3:42 pm

Vaya, esto es enorme, controlar el calor en los semiconductores siempre ha sido un desafío, felicitaciones al equipo de UCLA

Responder
David R. diciembre 26, 2023 - 9:45 pm

No me gusta mucho la tecnología, pero esto parece un gran problema, especialmente en cuanto a cómo podría ayudar a comprender el calor del cuerpo humano. muy genial

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Mike Johnson diciembre 27, 2023 - 1:56 am

Hay cosas realmente interesantes aquí, UCLA siempre presenta tecnología asombrosa, este transistor térmico realmente podría cambiar cosas en el diseño de chips.

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