Une technique de thermométrie révolutionnaire révèle des points chauds à l'échelle nanométrique dans les appareils électroniques

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JUSQU'AU FIL :Les chercheurs de Rochester ont démontré leurs techniques de thermométrie à très haute résolution sur une structure de chauffage électrique que l'équipe a conçue pour produire des gradients de température brusques. (Image :Université de Rochester/J. Adam Fenster)

Lorsque des appareils électroniques comme les ordinateurs portables ou les smartphones surchauffent, ils souffrent fondamentalement d’un problème de transfert de chaleur à l’échelle nanométrique. Identifier la source de ce problème peut être comme essayer de trouver une aiguille dans une botte de foin.

"Les éléments constitutifs de notre électronique moderne sont des transistors dotés de caractéristiques à l'échelle nanométrique. Pour comprendre quelles pièces surchauffent, la première étape consiste à obtenir une carte de température détaillée", a déclaré Andrea Pickel, professeur adjoint au département de génie mécanique de l'Université de Rochester et scientifique au Laboratoire d'énergie laser. "Mais pour cela, il faut quelque chose avec une résolution nanométrique."

Les techniques de thermométrie optique existantes ne sont pas pratiques car elles présentent des limites fondamentales quant à la résolution spatiale qu’elles peuvent atteindre. Donc Pickel et son doctorat en science des matériaux. Les étudiants Ziyang Ye et Benjamin Harrington ont conçu une nouvelle approche pour surmonter ces limitations en tirant parti des techniques de microscopie optique à fluorescence à super-résolution lauréates du prix Nobel de chimie utilisées en imagerie biologique. Dans un nouveau Science Advances Dans cette étude, les chercheurs décrivent leur processus de cartographie du transfert de chaleur à l'aide de nanoparticules luminescentes.

En appliquant des nanoparticules hautement dopées à conversion ascendante à la surface d’un appareil, les chercheurs ont pu obtenir une thermométrie à très haute résolution à l’échelle nanométrique jusqu’à 10 millimètres de distance. Selon Pickel, cette distance est extrêmement grande dans le monde de la microscopie à super-résolution et les techniques d'imagerie biologique utilisées pour l'inspiration fonctionnent généralement à moins d'un millimètre.

Pickel dit que même si les techniques d'imagerie biologique sont une grande source d'inspiration, leur application à l'électronique présentait des obstacles importants car elles impliquent des matériaux très différents. "Nos exigences sont très différentes de celles des biologistes, car ils examinent des éléments tels que les cellules et les matériaux à base d'eau", a-t-elle déclaré. "Souvent, ils peuvent avoir un liquide comme de l'eau ou une huile entre leur objectif et leur échantillon. C'est idéal pour l'imagerie biologique, mais si vous travaillez avec un appareil électronique, c'est la dernière chose que vous voulez. "

L'article démontre la technique utilisant une structure de chauffage électrique que l'équipe a conçue pour produire des gradients de température brusques, mais Pickel affirme que leur méthode peut être utilisée par les fabricants pour améliorer un large éventail de composants électriques. Pour améliorer encore le processus, l'équipe espère réduire la puissance laser utilisée et affiner les méthodes d'application de couches de nanoparticules sur les appareils.

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