Criado primeiro transístor térmico de estado sólido

O pioneiro transístor térmico eletroquímico de estado sólido.
[Imagem: Hiromichi Ohta]

Eletrônica do calor

Pesquisadores japoneses criaram o primeiro transístor termal de estado sólido, um grande avanço para a fonônica, ou eletrônica do calor.

Enquanto a eletrônica se baseia no movimento dos elétrons, a fonônica baseia-as nos fônons, as partículas de calor e som.

Embora se espere que os processadores eletrônicos sejam substituídos por processadores fotônicos - à base de luz - ou por processadores quânticos, processadores de calor podem ser extremamente úteis no gerenciamento do calor que atrapalha o funcionamento de qualquer uma dessas outras plataformas tecnológicas.

Gerenciar o calor produzido por notebooks e servidores, por exemplo, levou ao desenvolvimento de transistores térmicos eletroquímicos, componentes que podem ser usados para controlar o fluxo de calor usando sinais elétricos. Mas, até agora, só existiam transistores térmicos baseados em eletrólitos de estado líquido ou pastoso, que têm como grande inconveniente o risco de vazamento.

Coube à pesquisadora Qian Yang, na Universidade de Hokkaido, criar o primeiro transístor térmico eletroquímico de estado sólido.

"Um transístor térmico consiste basicamente de dois materiais, o material ativo e o material de comutação," explicou seu orientador, o professor Hiromichi Ohta. "O material ativo tem condutividade térmica variável, e o material de comutação é usado para controlar a condutividade térmica do material ativo."

No estado "desligado" (esquerda), o material ativo tem pouco oxigênio, o que reduz sua condutividade térmica. No estado "ligado" (direita), o material ativo é rico em oxigênio, aumentando muito sua condutividade térmica.
[Imagem: Qian Yang et al. - 10.1002/adfm.202214939]

Transístor térmico

Yang construiu seu transístor usando uma base de óxido de zircônio estabilizada com óxido de ítrio, que também funciona como material de comutação. Como material ativo, ela usou óxido de cobalto e estrôncio. Para fornecer a energia necessária para controlar o transístor foram usados eletrodos de platina.

A condutividade térmica do material ativo no estado "ligado" mostrou-se comparável à de alguns transístores térmicos de estado líquido - no geral, a condutividade térmica do material ativo foi quatro vezes maior no estado "ligado" em comparação com o estado "desligado".

Embora a pesquisadora tenha testado mais de 20 transístores térmicos fabricados separadamente, para garantir a reprodutibilidade, os transístores permaneceram estáveis por apenas cerca de 10 ciclos de uso. Mesmo isso sendo bem melhor do que alguns transístores térmicos de estado líquido criados antes, ainda é muito pouco para se pensar em aplicações práticas. Sua temperatura operacional, de cerca de 300 °C, também precisa melhorar.

"Nossos resultados mostram que os transístores térmicos eletroquímicos de estado sólido têm o potencial de serem tão eficazes quanto os transístores térmicos eletroquímicos de estado líquido, sem nenhuma de suas limitações," disse o professor Ohta. "O principal obstáculo para o desenvolvimento de transístores térmicos práticos é a alta resistência do material de comutação e, portanto, uma alta temperatura operacional. Esse será o foco de nossa pesquisa futura."

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