Técnica revolucionaria de termometría revela puntos calientes a nanoescala en dispositivos electrónicos

Electrónica y sensores INSIDER

HASTA EL ALAMBRE:Los investigadores de Rochester demostraron sus técnicas de termometría de súper alta resolución en una estructura de calentador eléctrico que el equipo diseñó para producir gradientes bruscos de temperatura. (Imagen:Universidad de Rochester/J. Adam Fenster)

Cuando los dispositivos electrónicos como ordenadores portátiles o teléfonos inteligentes se sobrecalientan, fundamentalmente sufren un problema de transferencia de calor a nanoescala. Identificar el origen de ese problema puede ser como intentar encontrar una aguja en un pajar.

"Los componentes básicos de nuestra electrónica moderna son transistores con características a nanoescala, por lo que para comprender qué partes se sobrecalientan, el primer paso es obtener un mapa de temperatura detallado", dijo Andrea Pickel, profesora asistente del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Rochester y científica del Laboratorio de Energética Láser. "Pero se necesita algo con resolución a nanoescala para hacer eso".

Las técnicas de termometría óptica existentes no son prácticas porque tienen límites fundamentales en la resolución espacial que pueden lograr. Entonces Pickel y su doctorado en ciencia de materiales. Los estudiantes Ziyang Ye y Benjamin Harrington diseñaron un nuevo enfoque para superar estas limitaciones aprovechando las técnicas de microscopía de fluorescencia óptica de superresolución ganadoras del Premio Nobel de Química utilizadas en imágenes biológicas. En un nuevo Avances Científicos En el estudio, los investigadores describen su proceso para mapear la transferencia de calor utilizando nanopartículas luminiscentes.

Al aplicar nanopartículas de conversión ascendente altamente dopadas a la superficie de un dispositivo, los investigadores pudieron lograr termometría de súper alta resolución a nivel de nanoescala desde una distancia de hasta 10 milímetros. Según Pickel, esa distancia es extremadamente grande en el mundo de la microscopía de superresolución y las técnicas de imágenes biológicas que utilizaron para inspirarse normalmente operan a menos de un milímetro de distancia.

Pickel dice que si bien las técnicas de imágenes biológicas brindan una gran inspiración, aplicarlas a la electrónica tuvo obstáculos importantes porque involucran materiales muy diferentes. "Nuestros requisitos son muy diferentes a los de los biólogos porque ellos analizan cosas como células y materiales a base de agua", dijo. "A menudo, es posible que tengan un líquido como agua o aceite entre la lente del objetivo y la muestra. Eso es excelente para obtener imágenes biológicas, pero si estás trabajando con un dispositivo electrónico, eso es lo último que quieres".

El artículo demuestra la técnica que utiliza una estructura de calentador eléctrico que el equipo diseñó para producir gradientes de temperatura bruscos, pero Pickel dice que los fabricantes pueden utilizar su método para mejorar una amplia gama de componentes eléctricos. Para mejorar aún más el proceso, el equipo espera reducir la potencia del láser utilizada y perfeccionar los métodos para aplicar capas de nanopartículas a los dispositivos.

Fuente