У майбутньому наші пристрої зможуть узагалі не виділяти тепла: науковий прорив

Як працює нова технологія?

В основі будь-якого сучасного електронного пристрою лежать мікроскопічні перемикачі, які контролюють потік енергії та передачу сигналів. Вони працюють завдяки руху електронів – заряджених частинок. Саме через наявність заряду під час їхнього руху виділяється тепло. Це причина, чому ваш ноутбук стає гарячим під час гри, а величезні дата-центри вимагають потужних і дорогих систем охолодження, пише 24 Канал з посиланням на ACS Nano.

Вчені запропонували принципово новий підхід, створивши так званий "оптоекситонний перемикач". Його робота базується не на електронах, а на нейтрально заряджених квазічастинках, які називаються екситонами. Екситон утворюється, коли електрон під впливом зовнішньої енергії залишає своє місце в атомі. На його місці з'являється позитивно заряджена "дірка". Ця дірка притягує до себе вільний негативно заряджений електрон, і разом вони утворюють єдину, але електрично нейтральну частинку.

Оскільки екситони не мають заряду, вони можуть переносити інформацію, не виробляючи при цьому тепла. Це вирішує головну проблему сучасної електроніки.

Дослідження стало першим випадком, коли вдалося створити екситонний перемикач, що за своїми характеристиками перевершує існуючі фотонні аналоги. Новий пристрій не лише розв'язує проблему нагрівання, а й дозволяє зменшити розмір перемикачів у сотні разів.

Головним викликом для команди було змусити нейтральні екситони рухатися у потрібному напрямку. На відміну від електронів, їх не можна "штовхати" електричним полем. Рішення знайшли у використанні фотонів – частинок світла. Вчені створювали екситони, а потім впливали на них точно розрахованою кількістю фотонів. Коли світло поглиналося, воно, наче хвиля, починало штовхати екситони вздовж спеціально створеної одновимірної доріжки. Якщо фотонів було замало, екситони залишалися на місці, а якщо забагато – сходили з траєкторії.

У довгостроковій перспективі ця технологія дозволить створювати екситонні схеми, які будуть настільки ефективними, що комп'ютерам більше не знадобляться вентилятори, а смартфони зможуть працювати від одного заряду набагато довше. Кінцевою метою є повна заміна сучасної електроніки на нову, що призведе до значного зменшення розмірів пристроїв при експоненціальному зростанні їхньої продуктивності.

Проте до цього ще далеко. Щоб масштабувати технологію, потрібно знайти нові матеріали та розробити методи масового виробництва таких пристроїв. Самі дослідники вважають, що на вирішення цих завдань можуть піти десятиліття.