Önemli olmasının nedeni:Cep telefonlarından veri merkezlerine kadar her şeyi kapsayan elektronik cihazlar, kötü şöhretli enerji tüketicileridir. Bir çözüm, ısılarını doğrudan kullanarak çip üzerinde enerji hasadı için bir teknik oluşturmak olabilir. Sorun, bunu yapabilen az sayıdaki malzemeden hiçbirinin yarı iletken üretim tesislerindeki mevcut teknolojiyle uyumlu olmamasıydı. Şimdi, Avrupa’nın dört bir yanındaki araştırmacılar, bilgisayar işlemcilerinin atık ısısını tekrar elektriğe dönüştürebilen bir germanyum-kalay alaşımı yarattılar.
Avrupa’daki bir araştırma iş birliği, bilgisayar işlemcilerinden gelen atık ısıyı tekrar elektriğe dönüştürebilen yeni bir silikon, germanyum ve kalay alaşımı yarattı. Bu, çip üstü enerji hasadı için malzemelerin geliştirilmesinde önemli bir atılımdır ve daha enerji verimli ve sürdürülebilir elektronik cihazlara yol açabilir. Esasen, germanyuma kalay eklenerek, malzemenin ısıl iletkenliği, elektriksel özelliklerini korurken önemli ölçüde azaltılmış ve bu da onu termoelektrik uygulamalar için ülkü haline getirmiştir.
Araştırmacılar, Almanya’daki Forschungszentrum Jülich ve IHP – Leibniz Yüksek Performanslı Mikroelektronik Enstitüsü, İtalya’daki Pisa Üniversitesi, Bologna Üniversitesi ve İngiltere’deki Leeds Üniversitesi’nden. Bulguları, ACS Applied Energy Materials adlı bilimsel derginin kapağına çıktı.
Araştırmacılar, çoğunluğu ısı biçiminde çevreye yayılan elektronik cihazlardan kaynaklanan artan enerji tüketimi sorununu ele almaya çalıştı. Avrupa’da, BT altyapıları ve cihazlarından yılda yaklaşık 1,2 Ekzajoule düşük sıcaklıklı ısı israf ediliyor – bu da Avusturya veya Romanya’nın birincil enerji tüketimine kabaca eşdeğer.
Çözüm, bu cihazlardan gelen düşük sıcaklık ısısını (yani 80°C’nin altındaki) doğrudan bilgisayar işlemcileri için kullanmak gibi görünüyordu. Sorun, ısıyı elektrik enerjisine dönüştürmek için çok az malzeme bulunması ve bunların hiçbirinin yarı iletken üretim tesislerindeki mevcut teknolojiyle uyumlu olmamasıydı.
Araştırmacıların yarattığı yeni yarı iletken alaşımı, periyodik tablonun 4. ana grubundaki tüm elementlerden oluşuyor ve bu da çip üretiminin CMOS sürecine kolayca entegre edilebilmesini sağlıyor. Bu alaşımları silikon tabanlı bilgisayar çiplerine entegre ederek, çalışma sırasında oluşan atık ısıyı kullanmak ve onu tekrar elektrik enerjisine dönüştürmek mümkün.
Forschungszentrum Jülich’teki araştırma grubunun lideri Dr. Dan Buca, “Germanyuma kalay eklenmesi, malzemenin elektriksel özelliklerini korurken ısıl iletkenliğini önemli ölçüde azaltıyor; bu, termoelektrik uygulamalar için ülkü bir kombinasyon” şeklinde açıklıyor.
Bu araştırma, cihazların performansının iyileştirilmesine de yol açabilir. Grup IV elementlerinin alaşım özelliklerini kullanarak, uygulama alanları termoelektrik, fotonik ve spintronikleri de kapsayacak şekilde genişler. Bunun nedeni, her teknolojinin benzersiz yetenekler getirmesidir: enerji hasadı için termoelektrik, ışık tabanlı veri iletimi için fotonik ve manyetik tabanlı bilgi işleme için spintronik. Bu teknolojilerin aynı çip üzerinde monolitik entegrasyonu, birkaç nedenden dolayı silikon tabanlı teknolojinin iddialı uzun vadeli bir hedefi olmuştur.
Örneğin, fotonik bileşenler geleneksel elektronik ara bağlantılara kıyasla daha hızlı veri iletimi ve daha düşük güç tüketimi sağlayabilir. Ayrıca, her teknoloji için ayrı çipler gerektirmek yerine, tek bir çipte birden fazla işlevi birleştirerek daha kompakt cihazlar geliştirilebilir.