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 prononcés. Crédit : Université de Rochester / J. Adam Fenster
Lorsque des appareils électroniques comme des ordinateurs portables ou des smartphones surchauffent, ils souffrent fondamentalement d’un problème de transfert de chaleur à l’échelle nanométrique. Identifier la source de ce problème peut être un peu comme essayer de trouver une aiguille dans une botte de foin.
« Les éléments de base de notre électronique moderne sont des transistors dotés de caractéristiques nanométriques. Pour comprendre quels composants sont en surchauffe, la première étape consiste à obtenir une carte de température détaillée », explique Andrea Pickel, professeure adjointe au département de génie mécanique de l’université de Rochester. « 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.
Pickel et les doctorants en science des matériaux Ziyang Ye et Benjamin Harrington ont donc mis au point une nouvelle approche pour surmonter ces limitations en exploitant les techniques de microscopie à fluorescence à super-résolution optique, récompensées par le prix Nobel de chimie, utilisées dans l’imagerie biologique.
Dans un nouveau Progrès scientifiquesDans 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 la surface d’un dispositif, 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 dont ils se sont inspirés fonctionnent généralement à moins d’un millimètre.
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Andrea Pickel (à droite), professeure adjointe de génie mécanique et scientifique du Laboratoire d’énergétique laser (LLE), et ses doctorants en science des matériaux Benjamin Harrington (à gauche) et Ziyang Ye ont développé de nouvelles techniques de cartographie du transfert de chaleur dans les appareils électroniques à l’aide de nanoparticules luminescentes. Crédit : Université de Rochester / J. Adam Fenster
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Benjamin Harrington, doctorant en science des matériaux, utilise un fil de liaison pour ajouter des connexions électriques à une structure de radiateur électrique. La structure a été conçue comme un sujet de test pour une nouvelle technique de cartographie thermique qui exploite les techniques de microscopie à fluorescence à super-résolution optique, récompensées par le prix Nobel de chimie. Crédit : Université de Rochester / J. Adam Fenster
Pickel explique que même si les techniques d’imagerie biologique constituent une grande source d’inspiration, leur application à l’électronique présente des obstacles importants car elles impliquent des matériaux très différents.
« Nos exigences sont très différentes de celles des biologistes, car ils étudient des éléments tels que des cellules et des matériaux à base d’eau », explique-t-elle. « Souvent, ils peuvent avoir un liquide comme de l’eau ou de l’huile entre leur objectif et leur échantillon. C’est très bien pour l’imagerie biologique, mais si vous travaillez avec un appareil électronique, c’est la dernière chose que vous souhaitez. »
L’article présente la technique utilisant une structure de chauffage électrique que l’équipe a conçue pour produire des gradients de température prononcés, 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.
Plus d’information:
Andrea Pickel, Nanothermométrie optique à super-résolution par imagerie par déplétion par émission stimulée de nanoparticules en conversion ascendante, Progrès scientifiques (2024). DOI: 10.1126/sciadv.ado6268. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ado6268
Fourni par l’Université de Rochester
Citation:Les ingénieurs développent une technique pour localiser les « points chauds » à l’échelle nanométrique dans l’électronique afin d’améliorer leur longévité (2024, 17 juillet) récupéré le 17 juillet 2024 à partir de
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