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美國加州大學(xué)洛杉磯分校研究人員推出了首個穩(wěn)定的全固態(tài)熱晶體管，它使用電場來控制半導(dǎo)體器件的熱運(yùn)動。據(jù)11月3日發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的研究，該晶體管具有迄今最高的速度和性能，通過原子級設(shè)計和分子工程，可開辟計算機(jī)芯片熱管理的新領(lǐng)域。這一進(jìn)展還有助于了解人體如何調(diào)節(jié)熱量。
論文合著者、加州大學(xué)洛杉磯分校工程學(xué)院機(jī)械和航空航天工程教授胡永杰表示，精確控制熱量如何流經(jīng)材料，長期以來一直是物理學(xué)家和工程師的夢想。這種通過電場的開關(guān)來管理熱運(yùn)動的新設(shè)計原理，朝這個方向邁出了一大步。
新型熱晶體管具有場效應(yīng)（通過施加外部電場來調(diào)制材料的熱導(dǎo)率）和全固態(tài)（無移動部件）的優(yōu)點，展現(xiàn)出高性能并與半導(dǎo)體集成電路制造工藝兼容。該團(tuán)隊的設(shè)計結(jié)合了原子界面上電荷動力學(xué)的場效應(yīng)，連續(xù)切換和放大熱通量所使用的功率幾乎可忽略不計。
團(tuán)隊展示的電門控?zé)峋w管實現(xiàn)了創(chuàng)紀(jì)錄的高性能，將熱開關(guān)效應(yīng)的速度和規(guī)模比以前提高幾個數(shù)量級，開關(guān)速度超過1兆赫茲，其還具有1300%的熱導(dǎo)可調(diào)性以及超過100萬次開關(guān)周期的可靠性能。
在概念驗證設(shè)計中，團(tuán)隊制造了一個自組裝分子界面，充當(dāng)熱運(yùn)動的管道。通過打開和關(guān)閉電場可控制原子界面上的熱阻，進(jìn)而允許熱量精確地穿過材料。團(tuán)隊現(xiàn)已通過光譜實驗驗證了晶體管的性能，并進(jìn)行了第一性原理理論計算，解釋了場對原子和分子特性的影響。
胡永杰表示，這個概念還提供了一種理解人體熱量管理的新方法，在非常基礎(chǔ)的層面上，該平臺可為活細(xì)胞的分子水平機(jī)制提供見解。
