Memajukan pengeditan gen dengan varian CRISPR / Cas9 baru - ScienceDaily
Top News

Penemuan teknik menantang paradigma perpindahan panas yang memandu desain perangkat elektronik dan fotonik – ScienceDaily


Sebuah terobosan penelitian dari University of Virginia School of Engineering mendemonstrasikan mekanisme baru untuk mengontrol suhu dan memperpanjang masa pakai perangkat elektronik dan fotonik seperti sensor, ponsel pintar, dan transistor.

Penemuan, dari eksperimen dan simulasi UVA dalam kelompok penelitian teknik termal, menantang asumsi mendasar tentang perpindahan panas dalam desain semikonduktor. Dalam perangkat, kontak listrik terbentuk di persimpangan logam dan bahan semikonduktor. Secara tradisional, insinyur material dan perangkat berasumsi bahwa energi elektron bergerak melintasi persimpangan ini melalui proses yang disebut injeksi muatan, kata pemimpin kelompok Patrick Hopkins, profesor teknik mesin dan ruang angkasa dengan penunjukan kesopanan dalam ilmu material dan teknik dan fisika.

Injeksi muatan menyatakan bahwa dengan aliran muatan listrik, elektron secara fisik melompat dari logam ke dalam semikonduktor, membawa kelebihan panasnya. Ini mengubah komposisi listrik dan sifat bahan isolasi atau semikonduktor. Pendinginan yang sejalan dengan injeksi muatan dapat menurunkan efisiensi dan kinerja perangkat secara signifikan.

Kelompok Hopkins menemukan jalur perpindahan panas baru yang mencakup manfaat pendinginan yang terkait dengan injeksi muatan tanpa ada kekurangan elektron yang secara fisik bergerak ke perangkat semikonduktor. Mereka menyebut mekanisme ini injeksi termal balistik.

Seperti yang dijelaskan oleh penasihat Hopkins John Tomko, Ph.D. mahasiswa ilmu dan teknik material: “Elektron mencapai jembatan antara logam dan semikonduktor, melihat elektron lain melintasi jembatan dan berinteraksi dengannya, mentransfer panasnya tetapi tetap berada di sisi jembatannya sendiri. Bahan semikonduktor menyerap a banyak panas, tetapi jumlah elektron tetap konstan. “

“Kemampuan untuk mendinginkan kontak listrik dengan menjaga kepadatan muatan konstan menawarkan arah baru dalam pendinginan elektronik tanpa mempengaruhi kinerja listrik dan optik perangkat,” kata Hopkins. “Kemampuan untuk secara mandiri mengoptimalkan perilaku optik, listrik, dan termal dari bahan dan perangkat meningkatkan kinerja dan umur perangkat.”

Keahlian Tomko dalam metrologi laser – mengukur transfer energi pada skala nano – mengungkapkan injeksi termal balistik sebagai jalur baru untuk pendinginan sendiri perangkat. Teknik pengukuran Tomko, lebih khusus lagi spektroskopi laser optik, adalah cara yang sama sekali baru untuk mengukur perpindahan panas melalui antarmuka logam-semikonduktor.

“Metode pengukuran dan pengamatan sebelumnya tidak dapat menguraikan mekanisme perpindahan panas secara terpisah dari injeksi muatan,” kata Tomko.

Untuk percobaan mereka, tim peneliti Hopkins memilih kadmium oksida, oksida penghantar listrik transparan yang terlihat seperti kaca. Kadmium oksida adalah pilihan pragmatis karena sifat optiknya yang unik sangat sesuai dengan metode pengukuran spektroskopi laser Tomko.

Kadmium oksida dengan sempurna menyerap foton inframerah-tengah dalam bentuk plasmon, kuasipartikel yang tersusun dari elektron tersinkronisasi yang merupakan cara yang sangat efisien untuk menggabungkan cahaya ke dalam material. Tomko menggunakan injeksi termal balistik untuk memindahkan panjang gelombang cahaya di mana terjadi penyerapan sempurna, yang pada dasarnya menyetel sifat optik kadmium oksida melalui panas yang disuntikkan.

“Pengamatan kami terhadap penyetelan memungkinkan kami untuk mengatakan dengan pasti bahwa perpindahan panas terjadi tanpa bertukar elektron,” kata Tomko.

Tomko menyelidiki plasmon untuk mengekstraksi informasi tentang jumlah elektron bebas di setiap sisi jembatan antara logam dan semikonduktor. Dengan cara ini, Tomko menangkap pengukuran penempatan elektron sebelum dan sesudah logam dipanaskan dan didinginkan.

Penemuan tim juga menawarkan janji untuk teknologi penginderaan inframerah. Pengamatan Tomko mengungkapkan bahwa penyetelan optik berlangsung selama oksida kadmium tetap panas, perlu diingat bahwa waktu itu relatif – satu triliun bukan seperempat triliun detik.

Injeksi termal balistik dapat mengontrol penyerapan plasmon dan oleh karena itu, respons optik bahan non-logam. Kontrol semacam itu memungkinkan penyerapan plasmon yang sangat efisien pada panjang inframerah menengah. Salah satu manfaat dari perkembangan ini adalah bahwa perangkat night vision dapat dibuat lebih responsif terhadap perubahan panas yang tiba-tiba dan intens, yang sebaliknya akan membuat perangkat buta sementara.

“Realisasi proses injeksi termal balistik ini melintasi antarmuka logam / kadmium oksida untuk aplikasi plasmonik ultrafast membuka pintu bagi kami untuk menggunakan proses ini untuk pendinginan yang efisien dari antarmuka material terkait perangkat lainnya,” kata Hopkins.

Tomko pertama kali menulis makalah yang mendokumentasikan temuan ini. Nanoteknologi Alam menerbitkan makalah tim, Modulasi Jangka Panjang Penyerapan Plasmonik oleh Injeksi Termal Balistik, pada 9 November; makalah ini juga dipromosikan di News and Views editor jurnal. Itu Nanoteknologi Alam makalah menambah daftar panjang publikasi untuk Tomko, yang telah ikut menulis lebih dari 30 makalah dan sekarang dapat mengklaim sebagai penulis pertama dua Nanoteknologi Alam makalah sebagai mahasiswa pascasarjana.

Makalah penelitian ini memuncak pada upaya kolaboratif selama dua tahun yang didanai oleh Inisiatif Penelitian Multi-Universitas dari Kantor Riset Angkatan Darat AS. Jon-Paul Maria, profesor ilmu dan teknik material di Penn State University, adalah peneliti utama untuk hibah MURI, yang mencakup University of Southern California serta UVA. Tim MURI ini juga bekerjasama dengan Josh Caldwell, profesor teknik mesin dan teknik elektro di Vanderbilt University.

Terobosan tim mengandalkan keahlian Penn State dalam membuat sampel kadmium oksida, keahlian Vanderbilt dalam pemodelan optik, pemodelan komputasi University of Southern California, dan keahlian UVA dalam transportasi energi, aliran muatan, dan interaksi fotonik dengan plasmon pada antarmuka heterogen, termasuk pengembangan eksperimen laser probe pompa ultrafast baru untuk memantau proses injeksi termal balistik baru ini.

Dipersembahkan Oleh : Lapak Judi

Baca Juga : Slot Online