Enfriando ordenadores con LEDs

¿Te lo imaginas? Al parecer, ejecutar un LED al revés podría enfriar los ordenadores del futuro.

Un equipo de investigadores de la Universidad de Michigan (EE. UU.) ha logrado un enfoque que podría conducir a una nueva tecnología de refrigeración de estado sólido para microprocesadores insertados en los ordenadores del futuro. ¿La clave? Han ejecutado un diodo emisor de luz (un LED de toda la vida) con electrodos invertidos logrando enfriar otro dispositivo a solo nanómetros de distancia.

De esta manera, los microprocesadores futuros, podrían contar con una miríada de transistores empaquetados en un espacio pequeño, eliminando el calor rápidamente, algo que no hace lo suficientemente rápido la tecnología actual.

 

"Hemos demostrado un segundo método para usar los fotones de cara a enfriar los dispositivos", comenta Pramod Reddy profesor de ingeniería mecánica y coautor del trabajo que publica la revista Nature.

El primer método, conocido como enfriamiento por láser, se basa en el trabajo fundacional de Arthur Ashkin, quien compartió el Premio Nobel de Física en 2018 con Gérard Mourou y Donna Strickland.

 

En este nuevo trabajo, los investigadores , en cambio, aprovecharon el potencial químico de la radiación térmica, un concepto que se usa más comúnmente para explicar, por ejemplo, cómo funciona una batería.

El potencial químico en una batería, por ejemplo, impulsa una corriente eléctrica cuando se coloca en un dispositivo. Dentro de la batería, los iones metálicos quieren fluir hacia el otro lado porque pueden deshacerse de algo de energía (energía potencial química) y usamos esa energía como electricidad. La radiación electromagnética, incluida la luz visible y la radiación térmica infrarroja, por lo general, no tienen este tipo de potencial.

 

"Por lo general, para la radiación térmica, la intensidad solo depende de la temperatura, pero en realidad tenemos un botón adicional para controlar esta radiación, lo que hace posible el enfriamiento que investigamos", aclara Linxiao Zhu, investigadora en ingeniería mecánica.

En teoría, revertir las conexiones eléctricas positivas y negativas en un LED infrarrojo no solo evitará que emita luz, sino que suprimirá la radiación térmica que debería estar produciendo solo porque está a temperatura ambiente. Gracias a este truco de polarización inversa, el LED se comporta como si estuviera a una temperatura más baja.

 

Cómo hacerlo


Para obtener suficiente luz infrarroja para que fluya desde un objeto al LED, los dos tendrían que estar muy juntos. Previamente, los expertos habían estado calentando y enfriando los dispositivos a nanoescala, organizándolos de modo que estuvieran separados solo por unas pocas decenas de nanómetros, o menos de una milésima de la anchura de un cabello.

El grupo probó su teoría construyendo un calorímetro minúsculo, que es un dispositivo que mide los cambios en la energía, y colocándolo junto a un pequeño LED del tamaño de un grano de arroz. Estos dos emitían y recibían fotones térmicos entre sí y en otras partes del entorno.

 

"Cualquier objeto que se encuentre a temperatura ambiente está emitiendo luz. Una cámara de visión nocturna básicamente está capturando la luz infrarroja que proviene de un cuerpo cálido", comentan los autores.

Pero una vez que el LED contó con polarización inversa, comenzó a actuar como un objeto de muy baja temperatura, absorbiendo fotones del calorímetro. Al mismo tiempo, la brecha evita que el calor vuelva al calorímetro a través de la conducción, lo que produce un efecto de enfriamiento.

 

El equipo demostró un enfriamiento de 6 vatios por metro cuadrado. Teóricamente, este efecto podría producir un enfriamiento equivalente a 1.000 vatios por metro cuadrado, o alrededor del poder de la luz solar sobre la superficie de la Tierra; lo que podría llegar a ser clave para los futuros smartphones y ordenadores. Y es que a mayor potencia de cálculo en los dispositivos y estos siendo cada vez más pequeños, la eliminación del calor del microprocesador está comenzando a limitar la cantidad de energía que se puede comprimir en un espacio determinado.

Con las mejoras en la eficiencia y las velocidades de enfriamiento de este nuevo método, se nos presenta una forma excelente de alejar rápidamente el calor de los microprocesadores en los dispositivos.

 

Referencia: Near-field photonic cooling through control of the chemical potential of photons, Nature (2019). DOI: 10.1038/s41586-019-0918-8 , https://www.nature.com/articles/s41586-019-0918-8

 

Sarah Romero

Sarah Romero

Fagocito ciencia ficción en todas sus formas. Fan incondicional de Daneel Olivaw y, cuando puedo, terraformo el planeta rojo o cazo cylons. Hasta que viva en Marte puedes localizarme por aquí.

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