通过纳米技术重新审视半导体热管理

上图中：这是双晶体管栅极的热对应物。三个晶体管端子中的每一个都由两电平系统组成，它们与温度为TL，TM和TR的浴相互作用。基板温度由Tc给出。晶体管栅极上的热电流由JL1、JL2、JM1、JM2、JR1和JR2表示。进入系统的热流由JLeq表示，进入浴槽的热流由JReq表示，其作用类似于晶体管的集电极和发射极电流。

纳米技术对半导体行业产生了重大影响，使晶体管的生产成为可能。虽然电子元件的小型化导致了更高的晶体管密度，但它也增加了热量的产生。

为了解决这个问题，目前的热技术依靠热电冷却模块、液体冷却剂和散热器来散热。然而，我们设想未来纳米技术在开发可与电子电路无缝集成的微型冷却和能量收集设备方面发挥关键作用。我们的研究受到这一愿景的推动，我们正在努力通过探索用于高效热管理和能量收集的新型纳米材料和器件架构来推进该领域。

我们如何以新颖的方式控制热量产生？

电子工业中量子资源的操纵在构建旨在控制发热的创新设备方面具有巨大的潜力。该领域的进步在很大程度上依赖于涉及开放量子系统理论的理论基础和基本设计原则。通过更好地理解这些概念，研究人员可以为尖端电子产品创建更快、更有效的冷却策略。

然而，需要广泛的研究来完全建立热设备中的能量转移理论，特别是当这些系统与其周围环境强耦合时。在将热器件模型引入制造阶段之前，深入探索量子热管理领域至关重要。

开放量子系统的一个例子是热晶体管，它与一系列热浴相互作用。两电平系统代表晶体管的端子。在量子热晶体管中，三个这样的系统与三个直接耦合不同温度的热浴相互作用。配置完成后，热晶体管的行为类似于电子晶体管。通过浴槽连接多个热晶体管，研究人员可以创建一个多晶体管系统，有可能产生各种电子产品的热对应物。

未来电子产业的新视角

正如发表在《物理评论B》上的研究所详述的那样，我们开发了一种使用多晶体管结构进行热能控制的新颖理论模型，该模型能够像电一样引导热流。与以前使用单一结构的研究不同，我们使用连接到各种浴池的两层系统环来实现我们的模型，这增强了放大热流的能力。

我们的模型非常高效，因为它可以放置在衬底上，为实用的量子热晶体管设计开辟了道路。我们研究了如何利用常见的环境影响和储层工程技术来产生暗状态，从而实现热逻辑门。

虽然我们的研究仍然集中在这些模型的实验实现上，但它们有可能彻底改变我们在现代电子产品中实现高效热管理的方式。这些热晶体管的开/关动作可用于冷却电子电路，为未来的电子产品带来新的意义。

这个故事是Science X Dialog的一部分，研究人员可以报告他们发表的研究文章中的发现。请访问此页面，了解有关 ScienceX 对话以及如何参与的信息。