دستاورد جدید دانشمندان؛ ساخت ماده‌ای برنامه‌پذیر که گرما را بدون نیاز به برق هدایت می‌کند

پژوهشگران ژاپنی ماده‌ای حرارتی و برنامه‌پذیر ساخته‌اند که می‌تواند نحوه انتقال گرما را کنترل کرده و حتی پس از قطع جریان برق نیز تنظیمات خود را حفظ کند. این فناوری می‌تواند انقلابی در سیستم‌های خنک‌کننده برای تراشه‌های مختلف باشد.

سیستم جدید از ترکیب چند ماده ساخته شده است. یکی از ماده‌ها در حضور میدان مغناطیسی رفتار خود را تغییر می‌دهد. در پروژه‌های مشابه قبلی، دستگاه پس از قطع برق به حالت اولیه برمی‌گشت اما فناوری جدید بدون نیاز به تأمین دائمی انرژی، حالت خود را حفظ می‌کند.

محققان برای رفع مشکلات گذشته، دو ماده با عملکرد مکمل را با یکدیگر ترکیب کردند. نخست آرسنید ایندیوم (InAs) که یک نیمه‌هادی است و رفتار نور مادون قرمز را در حضور میدان مغناطیسی تغییر می‌دهد. این ماده باعث ایجاد رفتار جهت‌دار و غیرمتقارن در انتقال گرما می‌شود.

لایه دوم، ماده تغییر فاز GST بوده که روی InAs قرار گرفته است. InAs وظیفه کنترل جهت انتشار گرما را بر عهده دارد و GST نیز مانند یک حافظه غیرفرار، وضعیت عملکرد دستگاه را ذخیره می‌کند.

ساخت ماده‌ای برای انتقال گرما که حافظه دارد

با اعمال میدان مغناطیسی، نحوه تعامل پرتوهای مادون قرمز با ساختار تغییر می‌کند و با تغییر فاز GST نیز این تنظیمات به‌صورت دائمی ذخیره می‌شوند تا زمانی که دوباره بازنویسی شوند. به این ترتیب، دستگاه می‌تواند الگوی انتشار گرما را برنامه‌ریزی کرده و بدون نیاز به مصرف انرژی مداوم، آن را حفظ کند.

طبق اعلام پژوهشگران، عملکرد نمونه اولیه (Prototype) نسبت به طراحی‌های پیشین بسیار مناسب‌تر بوده و به ضریب غیرتقارن نزدیک به 0.9 دست یافته است. این سامانه همچنین امکان تنظیم پیوسته از طریق تغییر میدان مغناطیسی یا زاویه تابش از طریق تغییر فاز GST را فراهم می‌کند.

اگرچه این فناوری هنوز در مرحله آزمایشگاهی قرار دارد، اما می‌تواند در آینده نقش مهمی در طراحی سخت‌افزارهای پیشرفته ایفا کند. با افزایش تعداد ترانزیستورها، چیپلت‌ها و اجزای فوتونیکی در تراشه‌های مدرن، مدیریت گرما به یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های صنعت نیمه‌هادی تبدیل شده است.

بر اساس گزارش Tomshardware سطوح حرارتی برنامه‌پذیر می‌توانند گرما را از نقاط داغ تراشه دور کرده، تداخل حرارتی میان چیپلت‌های مجاور را کاهش دهند. این فناوری می‌تواند در سامانه‌های خنک‌سازی تابشی، تولید برق از گرما، فرستنده‌های مادون قرمز، ارتباطات حرارتی و حافظه‌های فوتونیکی نیز کاربرد داشته باشد.