Il calore che sentite usando un dispositivo elettronico può essere qualcosa di più che un fastidio, può infatti portare i chip a smettere di funzionare se la temperatura raggiunge livelli troppo alti. Un team di ingegneri guidati dall'Università di Stanford, in uno studio pubblicato su Nature Communications, afferma di aver sviluppato un modo non solo per gestire il calore, ma anche per indirizzarlo lontano dai punti più critici.
Nello studio i ricercatori descrivono quello che hanno definito "transistor termico", un interruttore in nanoscala capace di condurre il calore lontano dai componenti elettronici e isolarli dai potenziali effetti dannosi del calore stesso. "Sviluppare un transistor termico funzionale sarebbe un punto di svolta nel modo in cui progettiamo l'elettronica", ha dichiarato Kenneth Goodson, professore di ingegneria meccanica.
I ricercatori hanno cercato di sviluppare il transistor termico per anni, ma finora le soluzioni messe a punto si sono rivelate troppo grandi, lente e non sufficientemente sensibili per l'uso reale. La sfida è stata quella di trovare una tecnologia in scala nanometrica che potesse accendersi e spegnersi ripetutamente, avere un ampio contrasto di commutazione da caldo a freddo e nessuna parte in movimento.
Con l'aiuto dell'ingegnere elettronico Eric Pop e dello scienziato dei materiali Yi Cui, il team guidato da Goodson è riuscito a superare questi ostacoli partendo da uno strato sottile di disolfuro di molibdeno, un cristallo semiconduttore costituito da fogli stratificati di atomi. Con soli 10 nanometri di spessore ed efficacia a temperatura ambiente, questo materiale potrebbe essere integrato nell'elettronica attuale.
Al fine di trasformare questo semiconduttore che conduce calore in un interruttore simile a un transistor, i ricercatori hanno bagnato il materiale in un liquido con molti ioni di litio. Applicando una piccola quantità di corrente hanno visto che gli ioni di litio iniziavano a penetrare negli strati del cristallo, cambiandone le caratteristiche di conducibilità del calore. All'aumentare della concentrazione del litio, il transistor termico si è poi spento. Lavorando con il team della University of California, Davis, guidato da Davide Donadio, i ricercatori hanno scoperto che questo accade perché gli ioni di litio spingono via gli atomi del cristallo. E ciò rende difficile il passaggio del calore.
Aditya Sood, uno degli autori dello studio, ha paragonato il transistor termico al termostato (valvola termostatica) in una macchina. Quando l'auto è fredda, il termostato è spento, impedisce il flusso del refrigerante e il motore trattiene il calore. Quando il motore si scalda, il termostato si apre e il refrigerante inizia a muoversi per mantenere il motore a una temperatura ottimale.
I ricercatori immaginano un futuro in cui i transistor termici saranno integrati nei chip per i computer, accendendosi e spegnendosi in modo da limitare i danni dovuti al calore. In un futuro ancora più lontano i ricercatori ipotizzano l'uso di transistor termici per fare calcoli usando la logica del calore, proprio come i transistor a semiconduttore svolgono calcoli usando l'elettricità.
Prima però di volare troppo con la fantasia, è bene sottolineare che secondo gli stessi ricercatori questa tecnologia è paragonabile al punto in cui si trovavano i primi transistor elettronici circa 70 anni fa, quando nemmeno gli inventori potevano capire pienamente ciò che avevano appena creato. "Per la prima volta, tuttavia, un transistor termico su scala nanometrica è finalmente a portata di mano", ha dichiarato Goodson.