Ett team av forskare har upptäckt ett sätt att kyla elektroner till −228 ° C utan yttre medel och vid rumstemperatur, en framsteg som kan göra det möjligt för elektroniska enheter att fungera med mycket lite energi.

Processen innebär att elektroner passerar genom en kvantbrunn för att kyla dem och förhindra att de värms upp.

Teamet beskriver sin forskning om "Energifiltrerad kall elektrontransport vid rumstemperatur, "som publiceras i Naturkommunikation på onsdag, 10 september.

"Vi är de första som effektivt kyler elektroner vid rumstemperatur. Forskare har gjort elektronkylning tidigare, men bara när hela enheten är nedsänkt i ett extremt kallt kylbad, "sa Seong Jin Koh, docent vid UT Arlington vid institutionen för materialvetenskap och teknik, som har lett forskningen. "Att få kalla elektroner vid rumstemperatur har enorma tekniska fördelar. Till exempel, Kravet på att använda flytande helium eller flytande kväve för kylning av elektroner i olika elektronsystem kan lyftas. "

Elektroner är termiskt upphetsade även vid rumstemperatur, vilket är ett naturligt fenomen. Om den elektroniska excitationen kunde undertryckas, då skulle temperaturen på dessa elektroner effektivt kunna sänkas utan yttre kylning, Sa Koh.

Teamet använde en nanoskala struktur - som består av en sekventiell uppsättning av en källelektrod, en kvantbrunn, en tunnelspärr, en kvantpunkt, en annan tunnelspärr, och en dräneringselektrod - för att undertrycka elektronexcitation och för att göra elektroner kalla.

Kalla elektroner lovar en ny typ av transistor som kan fungera med extremt låg energiförbrukning. "Implementering av våra resultat för att tillverka energieffektiva transistorer pågår för närvarande, "Tillade Koh.

Khosrow Behbehani, dekanus vid UT Arlington College of Engineering, sade att denna forskning är representativ för universitetets roll i att främja innovationer som gynnar samhället, som att skapa energieffektiv grön teknik för nuvarande och framtida generationer.

"Dr Koh och hans forskargrupp utvecklar verkliga lösningar på en kritisk global utmaning att utnyttja energin effektivt och utveckla energieffektiv elektronisk teknik som kommer att gynna oss alla varje dag, "Behbehani sa." Vi applåderar doktor Koh för resultaten av denna forskning och ser fram emot framtida innovationer som han kommer att leda. "

Usha Varshney, programdirektör i National Science Foundation's Directorate for Engineering, som finansierade forskningen, sa att forskningsresultaten kan vara stora.

"När det implementeras i transistorer, dessa forskningsresultat kan potentiellt minska energiförbrukningen för elektroniska enheter mer än tio gånger jämfört med den nuvarande tekniken, "Varshney sa." Personliga elektroniska enheter som smarta telefoner, iPads, etc., kan pågå mycket längre innan den laddas. "

Förutom potentiella kommersiella tillämpningar, det finns många militära användningsområden för tekniken. Batterier väger mycket, och lägre strömförbrukning innebär att batteriets vikt minskas för elektronisk utrustning som soldater bär, vilket kommer att förbättra deras stridsförmåga. Andra potentiella militära tillämpningar inkluderar elektronik för fjärrsensorer, obemannade flygbilar och datorkapacitet med hög kapacitet vid fjärroperationer.

Framtida forskning kan innefatta identifiering av nyckelelement som gör att elektroner kan kylas ytterligare. Den viktigaste utmaningen för denna framtida forskning är att hindra elektronen från att få energi när den färdas över enhetskomponenter. Detta skulle kräva forskning om hur energihöjande vägar effektivt skulle kunna blockeras.