Surriscaldamento dei dispositivi elettronici: la soluzione definitiva sta in un cristallo?

Un team di ricercatori dell'Università della Virginia (UVA) promette di raffreddare i nostri dispositivi elettronici come mai finora è stato possibile. In uno studio pubblicato su Nature Materials, i ricercatori hanno illustrato un nuovo modo per trasferire il calore in modo molto rapido. Il segreto? Un cristallo chiamato nitruro di boro esagonale (hBN).

Secondo i ricercatori, la nuova soluzione permette di trasferire il calore come un fascio di luce, aggirando i colli di bottiglia che causano il surriscaldamento dei dispositivi elettronici. Lo studio mostra come il calore possa essere trasportato non più attraverso lente vibrazioni atomiche (i cosiddetti fononi), ma tramite speciali onde chiamate fononi-polaritoni iperbolici (HPhPs).

"Invece di lasciare che il calore si disperda lentamente, lo dirigiamo come un raggio di luce", spiega Patrick Hopkins, professore di ingegneria meccanica e aerospaziale e Whitney Stone Professor of Engineering all'UVA.

In genere, il calore nell'elettronica si diffonde come le increspature di uno stagno, dissipandosi verso l'esterno ma perdendo energia lungo il percorso. Al contrario, il metodo del team trasforma il calore in onde strettamente incanalate che viaggiano in modo efficiente su lunghe distanze.

Riscaldando un minuscolo pad d'oro posizionato sopra una superficie di hBN, i ricercatori hanno osservato che il calore non si disperdeva casualmente, ma veniva invece convertito in onde polaritoniche che si propagavano rapidamente attraverso il cristallo. Il risultato? Un trasferimento termico tra 10 e 100 volte più efficiente rispetto ai metodi tradizionali.

"È un modo completamente nuovo di controllare la temperatura su scala nanometrica", afferma Will Hutchins, primo autore dello studio e dottorando in ingegneria meccanica all'UVA. "Stiamo osservando il calore muoversi in modi che finora non erano ritenuti possibili nei solidi".

Attualmente, per raffreddare laptop, smartphone o server, si usano dissipatori in metallo, ventole o sistemi a liquido - tutti ingombranti e assetati di energia. Ma grazie all'hBN, il calore potrebbe essere dissipato con rapidità senza bisogno di componenti aggiuntivi, liberando spazio e migliorando l'efficienza energetica.

Le implicazioni sono enormi. Dispositivi elettronici più veloci e leggeri, auto elettriche con batterie più longeve, datacenter per l'intelligenza artificiale più potenti ma meno energivori, e perfino dispositivi medici più precisi e duraturi.

"Questa scoperta potrebbe cambiare il modo in cui progettiamo tutto, dai processori ai veicoli spaziali", ha dichiarato Hopkins.