Para peneliti menciptakan bahan yang dapat diprogram yang dapat mengarahkan panas dan mengingat keadaannya tanpa listrik – terobosan pada akhirnya dapat membantu pendinginan chip AI dan fotonik silikon
Para peneliti dari Osaka Metropolitan University telah mengembangkan perangkat termal yang dapat diprogram yang dapat mengontrol di mana panas dipancarkan sambil mengingat konfigurasinya bahkan setelah listrik dimatikan, sebuah kemampuan yang suatu hari nanti dapat berkontribusi pada manajemen termal yang lebih cerdas dalam chip berkinerja tinggi, fotonik silikon, sensor inframerah, dan sistem pemanenan energi. Karya tersebut, yang diterbitkan dalam Laser & Photonics Reviews, mengatasi dua kendala lama yang menghalangi realisasi praktis perangkat termal non-resiprokal. Pelajari lebih dalam dengan TH Premium: Pembuatan Chip (Kredit gambar: tsmc) Perangkat ini menggabungkan bahan magneto-optik — bahan yang mengubah sifat optiknya dengan adanya medan magnet — dengan bahan pengubah fasa yang dikenal sebagai germanium-antimon-telurium (GST) untuk mengontrol secara independen bagaimana suatu permukaan menyerap dan memancarkan radiasi infra merah. Tidak seperti desain sebelumnya yang kehilangan fungsinya setelah daya dimatikan atau hanya berfungsi ketika cahaya menerpa permukaan pada sudut yang ekstrim, para peneliti mengatakan perangkat mereka beroperasi hampir lurus sambil mempertahankan keadaan terprogram tanpa masukan energi terus menerus. Dalam keadaan normal, material mengikuti prinsip yang menyatakan bahwa jika suatu permukaan secara efisien menyerap panas pada panjang gelombang dan arah tertentu, maka permukaan tersebut juga harus memancarkan panas dengan sama baiknya dalam kondisi yang sama. Hubungan ini, yang ditentukan oleh hukum radiasi termal Kirchhoff, berlaku untuk material konvensional dan membatasi seberapa tepat para insinyur memanipulasi panas. Daripada mengarahkan energi panas ke tempat yang paling berguna, bahan-bahan ini hanya memancarkan panas berdasarkan cara mereka menyerapnya. Video Terbaru Dari Mengabaikan hubungan ini telah menjadi bidang penelitian aktif, karena dapat memberi para insinyur cara yang benar-benar baru untuk mengendalikan energi panas. Perangkat yang mampu mengatur penyerapan dan emisi secara independen dapat meningkatkan pendinginan radiasi, sistem termofotovoltaik yang mengubah panas menjadi listrik, penginderaan inframerah, komunikasi termal, dan teknologi fotonik lainnya yang mengendalikan panas sama pentingnya dengan mengendalikan cahaya. Para peneliti telah mengeksplorasi beberapa cara untuk mencapai hal ini dengan mematahkan timbal balik Lorentz, prinsip fisik yang menghubungkan gelombang elektromagnetik yang masuk dan keluar. Sebagian besar pendekatan bergantung pada bahan magneto-optik, semimetal Weyl magnetik, atau permukaan meta yang termodulasi aktif. Namun, desain ini umumnya menghadapi dua masalah besar. Pertama, mereka membutuhkan cahaya untuk mengenai permukaan pada sudut yang sangat miring, atau sudut penggembalaan, untuk menghasilkan perilaku terarah yang kuat. Meskipun hal ini berhasil secara eksperimental, hal ini secara signifikan mengurangi jumlah radiasi termal yang dapat digunakan dan menghasilkan pola emisi yang luas dan tidak efisien. Kedua, banyak desain yang ada bersifat fluktuatif. Perilakunya menghilang segera setelah medan magnet, sinyal listrik, atau sumber pemanas yang mengendalikannya dihilangkan, sehingga memerlukan daya terus-menerus hanya untuk mempertahankan kondisi pengoperasiannya. Anda mungkin menyukai Tim Universitas Metropolitan Osaka mengatasi kedua keterbatasan tersebut dengan menggabungkan dua bahan yang memiliki peran yang saling melengkapi. Yang pertama adalah indium arsenide (InAs), semikonduktor magneto-optik yang interaksinya dengan cahaya inframerah berubah dengan adanya medan magnet. Daripada membiarkan cahaya berperilaku identik ke segala arah, material tersebut memperkenalkan asimetri arah yang memungkinkan perilaku termal nonresiprokal. Bahan kedua adalah GST, bahan pengubah fasa yang dapat beralih secara reversibel antara keadaan amorf dan kristal, secara dramatis mengubah sifat optiknya sambil tetap mempertahankan keadaan apa pun yang tertulis, bahkan setelah daya dihilangkan. Para peneliti membentuk pola GST menjadi kisi mikroskopis di atas lapisan InAs, membentuk apa yang mereka gambarkan sebagai metagrating magneto-optik. InA menyediakan kontrol arah yang diperlukan untuk memisahkan penyerapan panas dari emisi panas, sedangkan lapisan GST bertindak sebagai saklar non-volatil yang menyimpan mode pengoperasian perangkat. Penerapan medan magnet akan menyesuaikan bagaimana radiasi infra merah berinteraksi dengan struktur, sementara mengubah fase GST akan mengubah perilaku tersebut secara permanen hingga perilaku tersebut sengaja ditulis ulang. Akibatnya, perangkat dapat diprogram untuk memancarkan panas secara berbeda dan mempertahankan konfigurasi tersebut tanpa memerlukan energi terus-menerus. Dapatkan berita terbaik dan ulasan mendalam dari Tom’s Hardware, langsung ke kotak masuk Anda. Menurut para peneliti, prototipe ini mencapai faktor nonreciprocity mendekati 0,9 saat beroperasi pada sudut datang hanya tiga derajat, jauh lebih dekat dengan kejadian normal daripada sudut curam yang biasanya dibutuhkan oleh desain sebelumnya. Sistem ini juga mendukung penyetelan berkelanjutan melalui perubahan medan magnet atau sudut datang, serta peralihan on-off digital melalui transisi fase GST. Tim menganalisis lebih lanjut mengapa efek non-resiprokal melemah ketika GST berubah keadaan, dan menyimpulkan bahwa pengurangan tersebut dihasilkan dari kombinasi redistribusi bidang optik dan peningkatan redaman, bukan kerugian penyerapan sederhana. Meskipun teknologi ini masih merupakan demonstrasi penelitian tahap awal, kemampuan untuk memprogram radiasi termal pada akhirnya dapat menjadi berharga dalam perangkat keras komputasi karena prosesor terus mengemas lebih banyak transistor, chiplet, dan komponen fotonik ke dalam paket yang semakin kompak. Metasurface termal di masa depan dapat memberi para insinyur alat lain untuk mengalihkan panas dari titik panas, mengurangi gangguan termal antara chiplet yang berdekatan, atau menstabilkan perangkat fotonik silikon yang karakteristik optiknya berubah seiring suhu. Selain komputasi, para peneliti juga membayangkan penerapan dalam pendinginan radiasi, konversi energi termofotovoltaik, pemancar inframerah, sistem komunikasi termal, dan teknologi memori fotonik. Namun, untuk saat ini, pekerjaan tersebut masih berupa demonstrasi laboratorium dan bukan teknologi yang dapat diterapkan. Tantangan teknik yang cukup besar masih ada sebelum pemancar termal yang dapat diprogram diterapkan pada perangkat elektronik komersial. Ikuti Tom’s Hardware di Google Berita, atau tambahkan kami sebagai sumber pilihan, untuk mendapatkan berita, analisis, & ulasan terkini di feed Anda.
Diterbitkan : 2026-07-14 09:30:00
sumber : www.tomshardware.com
