Med den första observationen av termoelektriska effekter vid grafenkontakter, Forskare vid University of Illinois fann att grafen -transistorer har en nanoskala kylningseffekt som sänker deras temperatur.

Leds av professor i mekanisk vetenskap och teknik, William King och professor i el- och datateknik, Eric Pop, teamet kommer att publicera sina resultat i tidningen 3 april i förväg onlineutgåva av tidningen Naturnanoteknik .

Datorchipsens hastighet och storlek begränsas av hur mycket värme de släpper ut. All elektronik avger värme till följd av att elektronerna i strömmen kolliderar med enhetens material, ett fenomen som kallas resistiv uppvärmning. Denna uppvärmning uppväger andra mindre termoelektriska effekter som lokalt kan kyla en enhet. Datorer med kiselchips använder fläktar eller rinnande vatten för att kyla transistorerna, en process som förbrukar mycket av den energi som krävs för att driva en enhet.

Framtida datorchips tillverkade av grafen - kolark 1 atom tjocka - kan vara snabbare än kiselchips och fungera med lägre effekt. Dock, en grundlig förståelse av värmeproduktion och distribution i grafenanordningar har undvikit forskare på grund av de små dimensionerna som är inblandade.

Illinois-teamet använde en atomkraftmikroskopspets som en temperatursond för att göra de första nanometer-temperaturmätningarna av en fungerande grafentransistor. Mätningarna avslöjade överraskande temperaturfenomen vid de punkter där grafen -transistorn vidrör metallanslutningarna. De fann att termoelektriska kyleffekter kan vara starkare vid grafenkontakter än resistiv uppvärmning, faktiskt sänka temperaturen på transistorn.

"I kisel och de flesta material, den elektroniska uppvärmningen är mycket större än
självkylande, "Sade kungen." Men fann vi att i dessa grafen -transistorer, det finns områden där den termoelektriska kylningen kan vara större än den resistiva uppvärmningen, vilket gör att dessa enheter kan svalna sig själva. Denna självkylning har inte tidigare setts för grafenenheter. "

Denna självkylande effekt innebär att grafenbaserad elektronik kan kräva liten eller ingen kylning, föder en ännu större energieffektivitet och ökar grafens attraktivitet som kiselersättning.

"Grafenelektronik är fortfarande i sin linda, men våra mätningar och simuleringar projicerar att termoelektriska effekter kommer att förstärkas när grafen transistorteknik och kontakter förbättras, säger Pop, som också är ansluten till Beckman Institute for Advanced Science, och mikro- och nanoteknologilaboratoriet vid U.

Nästa, forskarna planerar att använda AFM -temperatursonden för att studera uppvärmning och kylning i kolnanorör och andra nanomaterial.