अगली पीढ़ी के इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए सॉलिड स्टेट कूलिंग

जैसे-जैसे इलेक्ट्रॉनिक्स का स्तर कम होता जा रहा है और कंप्यूटिंग की मांग बढ़ती जा रही है, कॉम्पैक्ट और कुशल कूलिंग प्रौद्योगिकियों की आवश्यकता तेजी से बढ़ती जा रही है।आज, इन्फ्रारेड सेंसिंग, सुपरकंडक्टिंग सिस्टम और उभरते क्वांटम डिवाइस जैसे अनुप्रयोग अभी भी तरल नाइट्रोजन या हीलियम पर आधारित भारी क्रायोजेनिक प्रशीतन पर निर्भर हैं, ऐसी प्रौद्योगिकियां जो ऊर्जा गहन हैं और लघुकरण में कठिन हैं।सॉलिड स्टेट रेफ्रिजरेशन एक संभावित विकल्प प्रदान करता है, लेकिन इसमें शामिल सामग्रियों की अधूरी समझ के कारण प्रगति सीमित हो गई है।

नॉर्थवेस्टर्न इंजीनियरिंग के शोधकर्ताओं ने अनुप्रस्थ थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्रियों को समझने और अनुकूलित करने के लिए एक नया ढांचा विकसित करके इस चुनौती को हल करने की दिशा में एक बड़ा कदम उठाया है।प्रोफेसर मैथ्यू ग्रेसन के नेतृत्व में, यह काम अनुप्रस्थ थर्मोइलेक्ट्रिक में एक लंबे समय से चली आ रही पहेली को संबोधित करता है, जो असामान्य अर्धचालक क्रिस्टल का एक वर्ग है जो बिजली को बिना भागों को हिलाए सीधे शीतलन शक्ति में परिवर्तित कर सकता है।

टीम ने पाया कि एक प्रमुख सामग्री पैरामीटर, इलेक्ट्रॉनिक बैंड गैप, अनुप्रस्थ थर्मोइलेक्ट्रिक में तापमान के साथ महत्वपूर्ण रूप से बदलता है।जबकि पारंपरिक अर्धचालकों में तापमान पर निर्भर बैंड अंतराल ज्ञात होते हैं, प्रभाव आमतौर पर मामूली होता है।हालाँकि, अनुप्रस्थ थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्रियों में, बैंड अंतराल इतने छोटे होते हैं कि उनके तापमान चालित परिवर्तन स्वयं अंतराल के बराबर होते हैं, जो मूल रूप से आवेश वाहकों के व्यवहार को बदल देते हैं।यह अंतर्दृष्टि बताती है कि पहले के मॉडल प्रयोगात्मक परिणामों का सटीक वर्णन करने में क्यों विफल रहे।

समस्या की पहचान करने के अलावा, शोधकर्ताओं ने विद्युत माप से तापमान पर निर्भर बैंड गैप को सीधे निकालने के लिए एक नई प्रयोगात्मक विधि पेश की।अनुप्रस्थ थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री Re4Si7 से दो अलग-अलग प्रयोगात्मक डेटासेट का उपयोग करके दृष्टिकोण को मान्य किया गया था, जो विभिन्न व्यवहारों में मजबूत सहमति दर्शाता है।सहयोगियों द्वारा पूरक सैद्धांतिक गणनाओं ने निष्कर्षों की और पुष्टि की।


शोध के प्रमुख परिणामों में शामिल हैं:
• अनुप्रस्थ थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्रियों के मॉडलिंग के लिए रूपरेखा
• तापमान पर निर्भर बैंड अंतराल का प्रत्यक्ष माप
• मिश्रित इलेक्ट्रॉन और होल परिवहन की बेहतर समझ
• ठोस अवस्था शीतलन सामग्री को अनुकूलित करने का एक मार्ग