Teknoloji dünyasında işlemci kapasitelerinin artmasıyla birlikte, bilgisayar çiplerindeki ısı yönetimi kritik bir mühendislik sorunu haline geldi. Nano boyuttaki sıcak noktaların, milimetre ölçeğindeki kanallardan su dolaştırılarak soğutulmaya çalışılması, ölçek uyumsuzluğu nedeniyle verimsizliğe ve aşırı su tüketimine yol açıyordu. Osaka Üniversitesi'nden bir araştırma ekibi, bu sorunu aşmak adına nanometre ölçeğindeki kanallardan iyon akışı sağlayarak soğutmayı artıran yenilikçi bir stratejiye imza attı.
ACS Nano dergisinde yayımlanan çalışmaya göre, 'iyonotermoelektrik strateji' olarak adlandırılan bu yöntem, elektrik akımıyla ısı transferi sağlayan Peltier etkisine benzer bir prensiple çalışıyor, ancak elektronlar yerine iyonları kullanıyor.
VOLTAJLA KONTROL EDİLEN ISI YÖNETİMİ
Araştırmanın detaylarına göre ekip, yarı iletken bir zarın içine nano boyutta bir gözenek oluşturarak bunu nano tel formunda bir kapı ile çevreledi. Sistemin baş yazarı Makusu Tsutsui, kapıya uygulanan voltajın nano gözeneklerden iyon akışını tetiklediğini ve yüzey yükünü modüle ettiğini belirtti.
Negatif voltaj uygulandığında, sistem yalnızca pozitif yüklü iyonlara (katyonlara) geçirgen hale geliyor. Bu süreçte iyonlar hareket ederken beraberlerinde ısıyı da sürüklüyor. Araştırmacılar, nanogözenek etrafındaki tuzlu suda oluşturdukları konsantrasyon gradyanı sayesinde ısıyı etkili bir şekilde dışarı pompalamayı başardı. Voltajın tersine çevrilmesi durumunda ise sistemin soğutmadan ısıtmaya geçtiği gözlemlendi.
2 KELVINLIK SICAKLIK DÜŞÜŞÜ
Projenin kıdemli araştırmacısı Tomoji Kawai, voltaj kaynaklı iyon taşınımının yarattığı sıcaklık değişimlerini haritalamak için nano ölçekli termokupllar kullandıklarını ifade etti. Yapılan testlerde, ısıtmadan soğutmaya geçiş sırasında 2 Kelvin’in üzerinde bir sıcaklık düşüşü sağlandığı tespit edildi. İyonik ısı transferinin verimliliğinin, kullanılan iyon türüne ve giriş gücüne bağlı olduğu kaydedildi.
MEVCUT ÜRETİM TEKNOLOJİLERİYLE TAM UYUM
Geliştirilen bu katı hal nano gözenek teknolojisinin en önemli avantajı, mevcut yarı iletken üretim teknolojileriyle tamamen uyumlu olması. Uzmanlar, Osaka Üniversitesi'nde geliştirilen bu iyonik soğutma stratejisinin, yeni nesil yarı iletken yongaların kapasitesini artırma potansiyeli taşıdığını vurguluyor. Ayrıca, termal kontrolde sağlanan bu hassasiyetin, su tüketimini azaltarak sektördeki çevresel endişeleri hafifletmesi ve sürdürülebilir üretime katkı sağlaması bekleniyor.
