Forskare som arbetar med ett arméprojekt utvecklade nanoskala termiska switchar som är nyckeln till termisk hantering av nanoskala enheter, kylning, datalagring, termisk beräkning och värmehantering av byggnader.

Journalen Naturnanoteknik publicerade en arméfinansierad studie från University of Michigan-forskare som för första gången visade hur en nanoskala termisk switch kan byggas genom att använda nanoskalaeffekter som uppstår när värme överförs mellan ett varmt och kallt nanoskala-tjockt membran via värmestrålning.

I jämförelse med det stora utbudet av enheter, såsom transistorer och dioder som är tillgängliga för att kontrollera flödet av elektricitet, det finns för närvarande mycket få förslag för att kontrollera värmeflödet, särskilt på nanoskala. För att övervinna denna utmaning har forskare utforskat nanoskala fenomen som kan möjliggöra nya funktionella termiska enheter.

"Det är spännande att se arméns investeringar i grundforskning som leder till upptäckten av nya effekter och bevis på konceptdemonstrationer av nya termiska enheter, "sa Dr Chakrapani Varanasi, en programchef på Army Research Office, en del av US Army Combat Capabilities Development Command's Army Research Laboratory. "Dessa fynd kan ha en stark inverkan på termisk hantering för nästa generations datorer för militären."

Arméns strategi för modernisering av nätverk är utformad för att göra det möjligt för armén att slåss ikväll samtidigt som den aktivt söker nästa generations lösningar för att ligga före potentiella motståndare.

En upptäckt 2018 av forskargruppen, som belyste hur värme transporteras i preferensriktningar från nanoskalamembran, ledde doktor Dakotah Thompson, huvudförfattaren till 2018 års studie, att börja utforska potentiella applikationer.

"Efter en viss tanke blev det uppenbart för oss att vi potentiellt skulle kunna skapa en termisk omkopplare genom att kontrollera nanomembranernas utsläppsegenskaper genom att föra ett tredje objekt i närheten av nanomembranen, "sa Dr Edgar Meyhofer, professor i maskinteknik vid University of Michigan.

För att testa denna hypotes, Thompson utvecklade ett schema där ett plant föremål kan bringas i närheten (mikron) av två plana membran som utbytte värme.

"För att uppnå detta utmanande mål, Jag nanofabricerade både upphängda kalorimetriska enheter som hade en kalorimetrisk upplösning utan motstycke och ett plan mesa-format föremål, och kontrollerade separationen mellan dem med hjälp av en specialutvecklad nanopositioner, "Sa Thompson.

Från dessa experiment kunde författarna visa att värmeöverföring mellan nanoskalamembran kan slås på och av genom att helt enkelt ändra separationen mellan membranen och det plana mesan.

För att göra exakta numeriska förutsägelser av de experimentella observationerna, Dr Linxiao Zhu, en postdoktor vid Michigan, och Thompson utförde detaljerade beräkningar som visade hur observationerna kvantitativt kan relateras till hur spridning av ljus, som är värmebäraren, från ett membran till det andra hindras av den plana mesan som antingen kan absorbera ljuset som sprider sig mellan membranen eller reflektera det bort från membranen.