Raio de calor transmite calor distncia de dentro dos chips

Energia

Redação do Site Inovação Tecnológica – 14/05/2024

Antena para transmitir calor distncia

Pesquisadores japoneses demonstraram uma espcie de “raio de calor”, uma estrutura em micro ou nano-escalas capaz de irradiar o calor distncia.

A arquitetura ideal para tirar o calor de dentro dos chips ou evitar que dispositivos miniaturizados superaqueam. Instrumentos cientficos e mquinas em nanoescala exigem uma considerao cuidadosa de como o calor ser extrado do dispositivo para evitar danos. Uma parte do calor irradiada na forma de ondas eletromagnticas, semelhante forma como a energia do Sol atinge a Terra atravs do vcuo do espao – sim, o calor pode ser transmitido atravs do vcuo.

No entanto, a taxa de transferncia de energia trmica pode ser muito lenta para proteger o desempenho de circuitos eletrnicos integrados sensveis e densamente compactados. Para que a prxima gerao de dispositivos seja desenvolvida, ser necessrio estabelecer novas abordagens para resolver esta questo da transmisso de calor.

Saeko Tachikawa e colegas da Universidade de Tquio descobriram agora como dobrar a taxa de transferncia de calor entre estruturas de silcio em microescala.

E o ganho pode ser duplo: Como se trata da transferncia radiativa de calor, as duas estruturas – a que cede o calor e a que o recebe – ficam separadas uma da outra, separadas por um espao vazio, inibindo assim a transmisso do calor pelo mtodo tradicional da difuso.

Esquema e micrografias da demonstrao experimental.
[Imagem: Saeko Tachikawa et al. – 10.1103/PhysRevLett.132.186904]

Modos de conduo do calor

Um elemento surpreendente a simplicidade desse raio de calor: Basta recobrir as estruturas de silcio com uma fina camada de dixido de silcio (SiO²) e deix-las separadas por um espao vazio, para que elas no se toquem. Isso significa que tudo pode ser feito usando a tecnologia atual, usada nas fundies de chips.

O revestimento de dixido de silcio cria um acoplamento entre as vibraes trmicas na superfcie da placa (chamadas fnons) e os ftons (que constituem a radiao). Isto representa uma contribuio importante para a compreenso fundamental de como funciona a transferncia de calor em nanoescala, uma vez que esta ainda uma rea de pesquisa ativa – veja Descoberta exceo lei de 200 anos que rege a transferncia de calor.

“Fomos capazes de mostrar terica e experimentalmente como as ondas eletromagnticas so excitadas na interface da camada de xido, o que aumenta a taxa de transferncia de calor,” disse Tachikawa.

O pequeno tamanho das camadas, em comparao com os comprimentos de onda da energia eletromagntica, e sua fixao placa de silcio, que transporta a energia sem perdas, permitiu que o dispositivo ultrapassasse os limites normais de transferncia de calor e, assim, resfriasse mais rapidamente.

Como a microeletrnica atual j baseada no silcio, os raios de calor podero ser facilmente integrados nas futuras geraes de chips e circuitos semicondutores. “Nosso trabalho fornece informaes sobre possveis estratgias de gerenciamento de dissipao de calor na indstria de semicondutores, juntamente com vrios outros campos relacionados, como a fabricao de nanotecnologias,” disse o professor Masahiro Nomura.

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