ساخت کوچکترین خنک‌کننده با ۱۰۰ نانومتر ضخامت

محققان سامانه خنک‌کننده‌ای با استفاده از مواد ترموالکتریک و بهره‌گیری از مواد نیمه‌هادی و در ضخامت صدنانومتر را طراحی و ساختند.
یک گروه تحقیقاتی از دانشگاه کالیفرنیا اقدام به ساخت کولری با ضخامت ۱۰۰ نانومتر کرده است. دانشمندان این ابزار را کوچکترین کولر ترموالکتریک جهان لقب داده‌اند.
پروفسور کریس ریگان، استاد فیزیک دانشگاه که هدایت این تحقیق را بر عهده داشته است گفت:‌گفت: «ما کوچکترین یخچال جهان را ساخته‌ایم.»
در این پروژه از ساندویچی کردن دو نیمه‌هادی مختلف بین صفحات متالیزه شده استفاده شده است. این ابزار به دو روش مختلف کار می‌کند. یک طرف که گرما داده شده و گرم می‌شود، سوی دیگر ابزار خنک می‌شود. همین تمایز دمایی می‌تواند برای ایجاد نیرو استفاده شود.
دستگاه‌های ریز ساخته شده البته مانند یخچال‌های واقعی در یا کشو ندارند، اما در مقیاس بزرگ‌تر از فناوری آن‌ها برای خنک‌سازی رایانه‌ها و دستگاه‌های الکترونیکی و همچنین تنظیم دما در شبکه‌های فیبر نوری استفاده می‌شود.
ناسا مدت‌ها پیش برای تامین انرژی مورد نیاز ابزارهای تحلیل موشک‌های ویجر از دستگاه‌های ترموالکتریک استفاده کرده است. این فرآیند را می‌توان برعکس کرد یعنی یک طرف گرم شود تا سمت دیگر خنک شده و به‌عنوان سیستم خنک‌کننده به‌کار گرفته شود. این سیستم خنک‌کننده ممکن است در آینده جایگزین سامانه‌های سرمایشی شود.
این ماده از دو نیمه‌هادی یعنی تلورید بیسموت و تلورید انتیموان/ بیسموت ساخته شده است. آن‌ها از نوار چسب معمولی برای لایه‌برداری استفاده کرده و ذرات بلوری منفردی را با این نوار چسب ایجاد کردند که ضخامتی در حد صد نانومتر دارند.
شین یی‌لینگ از محققان این پروژه گفت: «ما رکورد کوچکترین خنک‌کننده ترموالکتریک در جهان را با ضریب بیش از ده هزار، شکستیم.»
یک عنصر متمایز دیگر در این سیستم خنک‌کننده نانومقیاس این است که می‌تواند در یک ثانیه واکنش دهد. ریگان می‌گوید: «اندازه کم موجب می‌شود که سرعت پاسخ‌دهی بالا باشد به طوری‌که این سیستم بسیار سریع‌تر از کولر خانه شما می‌تواند دما را کاهش دهد.»
وی افزود: «هنگامی که می‌بینیم کولرهای ترموالکتریک در سطح هسته و نزدیک هسته چگونه کار می‌کنند، می‌توانیم آن را به مقیاس ماکرو تعمیم دهیم.»
برای کمی‌سنجی این کولر ترموالکتریک، محققان نانوذرات ساخته شده از ایندیم را مورد بررسی قرار دادند. آن‌ها با تغییر میزان انرژی وارد شده به این نانوذرات و تغییر (انبساط یا انقباض) ضخامت این نانوذرات توانستند میزان دمای دقیق نانوذرات را محاسبه کنند.