LED ligado em reverso vai resfriar computadores do futuro

Redação do Site Inovação Tecnológica -  28/02/2019

A técnica de resfriamento com LED poderá ter amplo uso - onde quer que a miniaturização da eletrônica esteja envolvida. [Imagem: Linxiao Zhu et al. - 10.1038/s41586-019-0918-8]

Refrigeração com luz

Em uma descoberta que contraria uma suposição histórica da Física, pesquisadores da Universidade de Michigan, nos EUA, usaram um diodo emissor de luz (LED) com os eletrodos invertidos para resfriar um outro componente localizado a alguns nanômetros de distância.

Isto representa nada menos do que uma nova tecnologia de resfriamento de estado sólido para ser usada nos futuros microprocessadores, que terão tantos transistores empacotados em um espaço tão minúsculo que os métodos atuais não conseguirão remover o calor com rapidez suficiente.

Este é também um segundo método para usar fótons para resfriar dispositivos. O primeiro - conhecido como resfriamento a laser - é baseado no trabalho fundamental de Arthur Ashkin, que dividiu o prêmio Nobel de Física em 2018.

LED em sentido inverso

Linxiao Zhu e seus colegas tiraram proveito do potencial químico da radiação térmica - um conceito mais comumente usado para explicar, por exemplo, como funciona uma bateria.

O potencial químico de uma bateria induz uma corrente elétrica quando ela é ligada a um circuito. Dentro da bateria, íons metálicos querem fluir para o outro lado porque podem se livrar de alguma energia - energia química potencial - e nós usamos essa energia como eletricidade. A radiação eletromagnética, incluindo a luz visível e a radiação térmica infravermelha, normalmente não tem esse tipo de potencial.

"Normalmente, para a radiação térmica a intensidade só depende da temperatura, mas na verdade temos um botão adicional para controlar essa radiação, o que torna possível o resfriamento que investigamos," disse Zhu.

Esse botão de controle é elétrico. Em teoria, inverter as conexões elétricas - positiva e negativa - em um LED infravermelho não o impedirá de emitir luz, mas suprimirá a radiação térmica que ele deveria estar produzindo simplesmente porque está em temperatura ambiente.

"Qualquer objeto que esteja à temperatura ambiente está emitindo luz. Uma câmera de visão noturna basicamente captura a luz infravermelha que vem de um corpo quente," disse o pesquisador Edgar Meyhofer.

"O LED, com este truque de polarização reversa, se comporta como se estivesse em uma temperatura mais baixa," acrescentou o professor Pramod Reddy.

Refrigeração de processadores

Quando o LED foi polarizado inversamente, ele começou a funcionar como um objeto de temperatura muito baixa, absorvendo fótons infravermelhos. Ao mesmo tempo, o espaço entre o LED e o objeto a ser resfriado evita que o calor retorne por condução, resultando em um efeito real de resfriamento.

A equipe demonstrou um resfriamento de 6 watts por metro quadrado, mas a teoria indica que esse efeito poderia produzir um resfriamento equivalente a 1.000 watts por metro quadrado, algo como a potência da luz solar incidindo na superfície da Terra.

A expectativa é que essa nova técnica de refrigeração com LED possa ser usada em celulares, computadores, sensores de câmeras fotográficas e até em telescópios - onde quer que o calor gere ruído para componentes eletrônicos miniaturizados.

Bibliografia:

Near-field photonic cooling through control of the chemical potential of photons
Linxiao Zhu, Anthony Fiorino, Dakotah Thompson, Rohith Mittapally, Edgar Meyhofer, Pramod Reddy
Nature Physics
Vol.: 566, pages 239-244
DOI: 10.1038/s41586-019-0918-8