La percée de l'UCLA dans la technologie des transistors thermiques à semi-conducteurs

par Amir Hussein
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Solid-State Thermal Transistor

Des chercheurs de l'UCLA ont introduit un transistor thermique à semi-conducteurs révolutionnaire, une innovation significative dans le domaine de la gestion thermique des semi-conducteurs. Ce dispositif gère efficacement le mouvement de la chaleur dans les matériaux semi-conducteurs à l'aide d'un champ électrique. Une illustration de ce dispositif développé par l'UCLA démontre sa capacité à manipuler le flux de chaleur. Ce développement a été réalisé par H-Lab à UCLA.

Cet instrument électronique innovant gère avec précision l’activation et la désactivation du transfert thermique.

Un groupe de scientifiques de l'UCLA a révélé un transistor thermique à semi-conducteurs stable et innovant. Ce dispositif utilise uniquement un champ électrique pour diriger le mouvement de la chaleur dans un semi-conducteur. La recherche, publiée dans la revue Science, explique le fonctionnement de cet appareil et ses utilisations possibles. Il se distingue par son fonctionnement rapide et son rendement élevé, révolutionnant potentiellement le contrôle thermique des puces informatiques via l’ingénierie atomique et moléculaire. De plus, cela pourrait améliorer notre compréhension de la régulation thermique dans le corps humain.

Avancement dans la gestion de la chaleur

Yongjie Hu, professeur d'ingénierie mécanique et aérospatiale à l'UCLA, a déclaré : « Gérer le flux de chaleur à travers les matériaux avec précision a été un objectif ambitieux pour les physiciens et les ingénieurs. » Cette innovation représente une étape importante vers cet objectif, en contrôlant le flux de chaleur avec la commutation marche-arrêt d'un champ électrique, semblable au fonctionnement des transistors électriques depuis de nombreuses années.

Les transistors électriques, essentiels aux technologies de l'information modernes, ont été initialement développés dans les années 1940 par les Bell Labs. Ils se composent de trois éléments : une porte, une source et un puits. L'application d'un champ électrique à travers la porte module le flux d'électricité, permettant à ces dispositifs semi-conducteurs d'amplifier ou de commuter des signaux électriques. Cependant, la miniaturisation des transistors a conduit à en placer des milliards sur une seule puce, augmentant ainsi la production de chaleur et affectant les performances de la puce. Les dissipateurs thermiques traditionnels évacuent la chaleur de manière passive, mais la régulation dynamique et active de la chaleur reste un défi.

Surmonter les anciennes barrières

Les tentatives précédentes d'ajustement de la conductivité thermique ont été confrontées à des défis en raison de leur dépendance à l'égard de pièces mobiles, de mouvements ioniques ou de composants liquides, ce qui a entraîné des vitesses de commutation lentes et des problèmes de fiabilité, incompatibles avec la fabrication de semi-conducteurs.

Le transistor thermique nouvellement développé, doté d'un effet de champ et d'une conception à semi-conducteurs (sans pièces mobiles), offre des performances élevées et une compatibilité avec les processus de fabrication de semi-conducteurs. Sa conception implique la manipulation de la dynamique de charge à l’interface atomique, permettant un contrôle efficace du flux thermique avec une puissance minimale.

Performances et applications exceptionnelles

Les chercheurs de l'UCLA ont démontré des transistors thermiques dotés d'un portail électrique, atteignant une vitesse de commutation record de plus de 1 mégahertz (1 million de cycles par seconde). Ces transistors ont montré une capacité de réglage de 1 300% en termes de conductance thermique et des performances fiables et soutenues sur 1 million de cycles de commutation.

Paul Weiss, co-auteur et professeur de chimie et de biochimie, a souligné le succès de la collaboration, notant des améliorations significatives dans la vitesse et l'ampleur de la commutation thermique par rapport aux capacités précédentes.

Leur preuve de concept inclut une interface moléculaire auto-assemblée agissant comme un canal de déplacement de chaleur. La résistance thermique aux interfaces atomiques est contrôlée en activant et désactivant un champ électrique via une borne de porte, facilitant ainsi un mouvement précis de la chaleur à travers le matériau.

L'étude confirme l'efficacité du transistor grâce à des expériences de spectroscopie et des analyses informatiques, prenant en compte les effets de champ sur les caractéristiques atomiques et moléculaires.

Cette recherche représente une avancée technologique évolutive pour l’énergie durable dans la fabrication et les performances des puces. Hu indique également le potentiel de cette technologie pour comprendre la gestion de la chaleur dans le corps humain, notamment au niveau moléculaire.

La recherche, intitulée « Interrupteur thermique moléculaire électriquement déclenché », implique divers auteurs affiliés à l'UCLA et a reçu le soutien de plusieurs fondations et institutions. La date de publication de l’étude est le 2 novembre 2023 dans la revue Science, sous la référence DOI 10.1126/science.abo4297.

Foire aux questions (FAQ) sur les transistors thermiques à semi-conducteurs

Quelle est la récente percée de l’UCLA dans la technologie de gestion de la chaleur ?

Des chercheurs de l'UCLA ont développé un nouveau transistor thermique à semi-conducteurs qui contrôle le mouvement thermique des semi-conducteurs à l'aide d'un champ électrique. Cela représente une avancée significative dans la gestion de la chaleur dans les puces informatiques et pourrait avoir des applications dans la compréhension de la régulation thermique du corps humain.

Comment fonctionne le transistor thermique à semi-conducteurs développé par l'UCLA ?

Le transistor utilise un champ électrique pour contrôler le mouvement de la chaleur dans les dispositifs semi-conducteurs. Il fonctionne en manipulant la dynamique des charges à l’interface atomique, permettant un contrôle précis et efficace du transfert de chaleur.

Quelles sont les applications potentielles du transistor thermique à semi-conducteurs de l'UCLA ?

L'application principale se situe dans le domaine de la gestion thermique des puces informatiques, où il peut améliorer considérablement les performances et l'efficacité des puces. De plus, il a le potentiel d’améliorer la compréhension et le contrôle de la régulation thermique dans le corps humain.

Qu'est-ce qui différencie le transistor thermique d'UCLA des technologies de gestion thermique précédentes ?

Le transistor thermique de l'UCLA est unique dans sa conception entièrement à semi-conducteurs, ce qui signifie qu'il ne comporte aucune pièce mobile. Cela permet des vitesses de commutation plus rapides et une fiabilité plus élevée par rapport aux technologies précédentes qui reposaient sur des pièces mobiles ou des composants liquides.

Qui ont été les principaux contributeurs à cette recherche à l’UCLA ?

La recherche a été dirigée par le professeur Yongjie Hu du département de génie mécanique et aérospatial et le professeur Paul Weiss du département de chimie et biochimie, ainsi qu'une équipe de chercheurs de l'UCLA.

Quelles sont les performances du transistor thermique développé par l’UCLA ?

Le transistor a atteint une vitesse de commutation record de plus de 1 mégahertz (1 million de cycles par seconde) et une accordabilité de 1 3001 TP4T en conductance thermique, avec des performances fiables pendant plus d'un million de cycles de commutation.

Le transistor thermique de l'UCLA a-t-il été publié dans une revue scientifique ?

Oui, la recherche détaillant le transistor thermique à semi-conducteurs a été publiée dans la revue Science le 2 novembre 2023, sous le titre « Commutateur thermique moléculaire électriquement déclenché ».

En savoir plus sur le transistor thermique à semi-conducteurs

  • École d'ingénierie UCLA Samueli
  • Publication dans une revue scientifique
  • Annonce de la salle de presse de l'UCLA
  • Génie mécanique et aérospatial à l'UCLA
  • Département de chimie et de biochimie à UCLA
  • Subventions des Instituts nationaux de recherche en santé
  • Fondation Alfred P. Sloan
  • Fondation nationale de la science
  • Ressources du nanolab de l'UCLA
  • Institut californien des nanosystèmes à l'UCLA
  • Institut UCLA pour la recherche et l'éducation numériques

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5 commentaires

Alex B. décembre 26, 2023 - 8:31 am

je dois apprécier les cerveaux de l'UCLA, ce truc de transistor thermique change la donne, je me demande dans combien de temps il sera utilisé dans de vrais produits ?

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Emma T. décembre 26, 2023 - 12:51 pm

J'ai lu à ce sujet dans une revue scientifique que l'article était assez détaillé. C'est fascinant de voir comment fonctionne ce transistor, un grand pas en avant dans la technologie des semi-conducteurs, c'est sûr.

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Sarah K. décembre 26, 2023 - 3:42 pm

wow c'est énorme, contrôler la chaleur dans les semi-conducteurs a toujours été un défi, chapeau à l'équipe de l'UCLA

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Dave R. décembre 26, 2023 - 9:45 pm

Je ne m'intéresse pas beaucoup à la technologie, mais cela semble être un gros problème, surtout en ce qui concerne la façon dont cela pourrait aider à comprendre la chaleur du corps humain ? plutôt cool

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Mike Johnson décembre 27, 2023 - 1:56 am

des trucs vraiment intéressants ici, l'UCLA propose toujours des technologies incroyables, ce transistor thermique pourrait vraiment changer les choses dans la conception des puces

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