(Phys.org) —Som smartphones, surfplattor och andra prylar blir mindre och mer sofistikerade, värmen de genererar under användning ökar. Detta är ett växande problem eftersom det kan göra att elektroniken inuti prylarna misslyckas.

Konventionell visdom tyder på att lösningen är att hålla magen på dessa prylar svala.

Men en ny forskningsartikel från University at Buffalo antyder motsatsen:det vill säga, att göra bärbara datorer och andra bärbara elektroniska enheter mer robusta, mer värme kan vara svaret.

"Vi har funnit att det är möjligt att skydda nanoelektroniska enheter från värmen de genererar på ett sätt som bevarar hur dessa enheter fungerar, sa Jonathan Bird, UB professor i elektroteknik. "Detta kommer förhoppningsvis att tillåta oss att fortsätta utveckla mer kraftfulla smartphones, surfplattor och andra enheter utan att ha en fundamental härdsmälta i sin funktion på grund av överhettning."

Pappret, "Bildning av ett skyddat delband för ledning i kvantpunktskontakter under extrem förspänning, " publicerades 19 januari i tidskriften Naturens nanoteknik .

Bird är medförfattare tillsammans med Jong Han, UB docent i fysik. Bidragande författare är Jebum Lee och Jungwoo Song, båda nyligen avlade doktorsexamen vid UB; Shiran Xiao, Doktorand vid UB; och John L. Reno, Center for Integrated Nanotechnologies vid Sandia National Laboratories.

Värme i elektroniska enheter genereras genom att elektroner förflyttas genom transistorer, motstånd och andra element i ett elektriskt nätverk. Beroende på nätverk, det finns en mängd olika sätt, såsom kylfläktar och kylflänsar, för att förhindra att kretsarna överhettas.

Men eftersom fler integrerade kretsar och transistorer läggs till enheter för att öka deras datorkraft, det blir svårare att hålla dessa element svala. Den mesta forskningen fokuserar på att utveckla avancerade material som klarar av den extrema miljön inuti smartphones, bärbara datorer och andra enheter.

Medan avancerade material visar en enorm potential, UB-forskningen tyder på att det fortfarande kan finnas utrymme inom det befintliga paradigmet för elektroniska enheter för att fortsätta utveckla kraftfullare datorer.

För att uppnå sina resultat, forskarna tillverkade halvledarenheter i nanoskala i en toppmodern galliumarsenidkristall som tillhandahålls UB av Sandias Reno. Forskarna utsatte sedan chippet för en hög spänning, pressa en elektrisk ström genom nanoledarna. Detta, i tur och ordning, ökade mängden värme som cirkulerar genom chipets nanotransistor.

Men istället för att förnedra enheten, nanotransistorn omvandlade sig spontant till ett kvanttillstånd som var skyddat från uppvärmningseffekten och gav en robust kanal av elektrisk ström. För att hjälpa till att förklara, Bird erbjöd en analogi till Niagara Falls.

"Vattnet, eller energi, kommer från en källa; I detta fall, de stora sjöarna. Den kanaliseras till en smal punkt (Niagarafloden) och flyter slutligen över Niagarafallen. På botten av vattenfallet försvinner energi. Men till skillnad från vattenfallet, denna avledda energi återcirkulerar genom chipet och förändrar hur värmen påverkar, eller i det här fallet inte påverkar, nätverkets drift."

Även om detta beteende kan verka ovanligt, särskilt konceptualisera det när det gäller vatten som rinner över ett vattenfall, det är det direkta resultatet av elektronikens kvantmekaniska natur när den ses på nanoskala. Strömmen är uppbyggd av elektroner som spontant organiserar sig för att bilda ett smalt ledande glödtråd genom nanoledaren. Det är denna filament som är så robust mot effekterna av uppvärmning.

"Vi eliminerar faktiskt inte värmen, men vi har lyckats stoppa det från att påverka elnätet. På ett sätt, detta är en optimering av det nuvarande paradigmet, sa Han, som utvecklade de teoretiska modellerna som förklarar fynden.