日本科學家在「量子阱」中，實現電子「蒸發冷卻」散發熱量！

　　東京大學科學家宣布了一種不需要移動部件的電冷卻新方法，通過對半導體砷化鋁鎵製成的量子阱施加偏壓，可以使電子在稱為「蒸發冷卻」的過程中散發一些熱量。可以使用傳統半導體製造方法將基於該原理的設備添加到電子電路板，以幫助智能手機和膝上型計算機避免由高溫引起的性能問題。隨著智能手機、平板電腦和筆記本電腦變得更小、更強大，過熱的可能性變得越來越緊迫。

　　

　　當前可用的風扇噪音大，並且有可能發生故障的移動部件。現在，東京大學工業科學研究所的科學家們推出了一種新的固態解決方案，這種解決方案由半導體製成，可以很容易地直接製造到智能手機或筆記本電腦中。現代攜帶型設備促成了當前的信息革命，然而，這種小型化伴隨著來自產生餘熱的固有挑戰，新系統允許使用標準的半導體製造工藝進行晶元上冷卻。

　　量子阱是一種納米級的結構，小到足以捕獲電子。在這項研究中使用的量子阱類型稱為非對稱雙勢壘異質結。在這些裝置中，非常窄的砷化鎵井被砷化鋁層隔開。當施加的偏置電壓等於阱內量子能級的能量時，電子可以利用共振隧穿輕鬆地通過勢壘。

　　

　　然而，只有具有高動能的電子才能繼續通過第二個勢壘。由於「較熱」的快速移動電子逃逸，而「較冷」的慢電子被捕獲，設備變得更冷。這種「蒸發冷卻」類似於當你走出遊泳池時讓你感到寒冷的過程。具有最多熱能的水分子首先蒸發，帶走熱量。現在已經在環境條件下實現了高達50攝氏度的電子冷卻。這些結果使量子阱設備有望在智能設備中進行全面的熱管理。

　　

　　未來的智能手機可能會配備內部電路板，裡面裝滿了更多元件，只要它們也有一些這樣的冷卻量子阱，其研究成果現在發表在《自然通訊》期刊上。高速、密集封裝的電子/光子器件的快速發展給，社會帶來了前所未有的好處。然而，這種技術趨勢反過來導致散熱的巨大增加，這降低了設備的性能和壽命。從此以後，科學和技術的挑戰就在於這種高性能設備的有效冷卻。

　　

　　該研究在不對稱AlGaAs/GaAs(AlGaAs/GaAs)雙勢壘異質結中的蒸發電子冷卻。量子阱(QW)和電極中的電子溫度Te由光致發光測量確定。在300K時，隨著偏置電壓增加到最大共振隧穿條件，量子阱中的電子溫度Te逐漸降低到250K，而電極中的電子溫度Te保持不變。這種行為用蒸發冷卻過程來解釋，並用量子輸運理論定量描述。