Kristal soğutma teknolojisi, elektronik aygıtlarda ısınma sıkıntısını bitiriyor

Günümüzde elektronik aygıtların en büyük problemlerinden biri aşırı ısınma. Virginia Üniversitesi Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Okulu’ndan araştırmacılar, kristal bazlı soğutma teknolojisiyle elektronik aygıtlardaki bu ısınma sıkıntısına tahlil getirebilecek değerli bir gelişme kaydetti. Hekzagonal bor nitrür (hBN) ismi verilen özel bir kristal yapı kullanarak geliştirilen bu teknoloji, klasik soğutma metotlarından çok daha tesirli sonuçlar veriyor.

Isı transferini 100 kat hızlandırıyor

Elektronik aygıtlardaki işlemciler ve öteki bileşenler çalışırken kıymetli ölçüde ısı üretir. Bu bileşenler günümüz teknolojisinde giderek küçülen alanlara sıkıştırıldıkça ısının faal halde uzaklaştırılması kritik bir sorun haline gelmiştir. Mevcut aygıtlarda fanlar, ısı emiciler yahut sıvı soğutma sistemleri üzere klasik prosedürler kullanılmakta. Fakat bunlar hem kıymetli alan kaplar hem de ekstra güç tüketimi gerektirir. Hatta bu sistemler, ısıyı gereğince süratli uzaklaştıramadığında elektronik bileşenler kendilerini korumak için saat suratlarını düşürür ve performansı azaltır.

Virginia Üniversitesi’ndeki araştırma takımı, klasik soğutma sistemlerinin sınırlamalarını aşan yenilikçi bir yaklaşım geliştirdi. Araştırmacılar, ısının bir gereçten başkasına transferini büsbütün farklı bir fizikî süreçle gerçekleştiren hekzagonal bor nitrür kristallerini kullandı. Standart materyallerde ısı, fonon ismi verilen atomik titreşimlerle taşınır ve bu süreç epey yavaştır. Fononlar birbirleriyle çarpışır ve güçlerini rastgele ve kademeli bir formda aktarır, bu da ısının birikmesine ve aygıtların çok ısınmasına neden olur.

Buna karşılık hBN kristallerinde “hiperbolik fonon polariton” (HPhP) modları olarak bilinen eşsiz bir fizikî sistem bulunmaktadır. Bu modlar, kristalin içindeki özel titreşimlerin elektromanyetik dalgalarla birleşmesiyle oluşur ve ısının çok daha süratli yayılmasını sağlar. Geçtiğimiz ay Nature Materials mecmuasında yayımlanan araştırmada takım, bir hBN substratının üzerine altın bir ped yerleştirerek deneysel bir delil sundu. Altını ısıttıklarında, hBN’nin HPhP modları harekete geçirildi ve ısı altın ped ile hBN ortasındaki arayüzden harikulâde bir süratle uzaklaştırıldı. Sonuçlar ise hayli dikkat alımlı. HPhP modları sayesinde arayüzdeki ısı transferi verimliliği standart materyallere nazaran 10 ila 100 kat artış gösterdi.

Bu buluş, gelecekteki elektronik aygıtlar için birçok değerli uygulama potansiyeline sahip. Yapay zeka dayanaklı bilgisayarlar ve data merkezleri için daha tesirli soğutma sistemleri geliştirilebilir, tıbbi aygıtların kullanım ömrü uzatılabilir ve dizüstü bilgisayarlar üzere günlük elektronik eserlerde performans düşüşleri önlenebilir.