Przełom w rozwiązaniu problemu przegrzania elektroniki

Jeśli korzystasz ze smartfona lub komputera od jakiegoś czasu, być może ze zdziwieniem nagle zorientujesz się, że Twoje urządzenie się nagrzewa. Dzieje się tak na skutek ruchu elektronów w urządzeniu podczas przetwarzania i przechowywania danych, co powoduje zamianę części energii w ciepło. Wraz z szybkim rozwojem sztucznej inteligencji i przetwarzania w chmurze, elektronika staje się coraz mniejsza i bardziej złożona, co nasila problem przegrzania.

Jako sposób na rozwiązanie problemu wytwarzania ciepła w urządzeniach elektronicznych, coraz większą uwagę zwraca się na technologię transmisji informacji wykorzystującą „fale spinowe”. Fale spinowe to fale, które mogą przekazywać informacje bez przepływu elektronów, wykorzystując charakterystykę spinową elektronów w izolatorach magnetycznych. Niedawne badania wykazały, że zwiększenie nierównowagi temperaturowej fal spinowych w materiale – tj. tendencji fal spinowych po jednej stronie materiału do nagrzewania się, a zimniejszej drugiej strony – zwiększa efektywność spinu w przenoszeniu informacji fale. Nie ma jednak technologii, która byłaby w stanie samodzielnie kontrolować temperaturę fal spinowych.

Wspólny zespół badawczy z POSTECH, Uniwersytetu Narodowego Chungnam i KAIST opracował nowatorskie podejście inspirowane żebrami chłodnicy używanymi do chłodzenia silników samochodowych. Zespół umieścił na jednym końcu cienkiej warstwy wykonanej z izolatora magnetycznego struktury złota w skali nanometrowej, projektując ją tak, aby skutecznie regulować temperaturę w oparciu o stężenie złota. Te złote struktury skutecznie obniżają temperaturę fal spinowych w docelowym miejscu, powodując brak równowagi temperaturowej w materiale. Ich eksperymenty wykazały, że ta cienka warstwa poprawiła wydajność przenoszenia fali spinowej o ponad 250% w porównaniu z metodami konwencjonalnymi. Badanie to jest pierwszym, w którym opisano skuteczną niezależną kontrolę temperatury fali spinowej i zademonstrowano metodę zwiększania wydajności przenoszenia fali spinowej poprzez wykorzystanie tej kontroli.

Profesor Hyungyu Jin z POSTECH, który kierował badaniami, wyraził znaczenie badań, mówiąc: „To badanie stanowi znaczący kamień milowy w opracowywaniu technologii przesyłania informacji nowej generacji, aby rozwiązać problem wytwarzania ciepła w elektronice”. Dr Sang Jun Park, główny autor badania, zauważył: „Pokonując dotychczasowe ograniczenia, technologia ta ma obiecujący potencjał w szerokim zakresie przyszłych zastosowań wykorzystujących fale spinowe”.

Badania przeprowadzono przy wsparciu programu Samsung Future Technology Incubation Program, Koreańskiej Narodowej Fundacji Badawczej oraz Ministerstwa Edukacji, Nauki i Technologii, a także zdobyły srebrną nagrodę w kategorii Energia i Środowisko w konkursie Samsung Humantech Paper Awards.