Nuova elettronica

VTT ha annunciato che sta sviluppando una tecnologia di raffreddamento basata sulla microelettronica e sulla corrente elettrica, che può essere utilizzata da componenti elettronici e fotonici a bassa temperatura.

La tecnologia riduce le dimensioni, il consumo energetico e il prezzo dei sistemi di raffreddamento e ha un’ampia gamma di campi di applicazione: un esempio attuale è la tecnologia quantistica.

Molti componenti della tecnologia elettronica, fotonica e quantistica richiedono la criogenia, poiché funzionano solo a temperature molto basse. Ad esempio, un computer quantistico costruito con circuiti superconduttori deve essere raffreddato vicino allo zero assoluto (-273,15 ℃). Attualmente, tali temperature vengono raggiunte mediante raffreddatori a diluizione complessi e di grandi dimensioni.

Il nuovo metodo elettronico di VTT può sostituire e integrare le soluzioni esistenti e ridurre le dimensioni dei frigoriferi. Di conseguenza, ciò consente di ridurre significativamente le dimensioni dei computer quantistici.

Gli attuali frigoriferi a diluizione si basano sul pompaggio multistadio di liquidi criogenici. Sebbene questi refrigeratori siano oggi una tecnologia commerciale, sono ancora molto costosi e ingombranti. Ciò che rende complicata la tecnologia del refrigeratore è soprattutto la sua fase più fredda, in cui il refrigerante è una miscela di isotopi di elio. Una nuova tecnologia di raffreddamento elettrico potrebbe sostituire questa parte. Ciò renderebbe il sistema molto più semplice, più piccolo, più efficiente e più conveniente. Un frigorifero delle dimensioni di un’auto, che raffredda un chip di silicio di circa un centimetro quadrato, potrebbe essere ridotto di ordini di grandezza fino alle dimensioni di una valigia, ad esempio.

"Crediamo che questo metodo di raffreddamento puramente elettrico possa essere utilizzato in numerose applicazioni che richiedono la criogenia, dall'informatica quantistica ai rilevatori di radiazioni sensibili e alla tecnologia spaziale", ha affermato il professore di ricerca VTT Mika Prunnila, che sta guidando lo sviluppo del dispositivo di raffreddamento.

I ricercatori del VTT hanno già confermato sperimentalmente la funzionalità del metodo di raffreddamento. Il metodo è ora in fase di perfezionamento in un dimostratore commerciale nel progetto SoCool che è stato concesso a VTT nel programma altamente competitivo di transizione EIC della Commissione europea. VTT continuerà inoltre l'importantissima ricerca fondamentale sui dispositivi di raffreddamento elettronici nel progetto CoRE-Cryo, finanziato dalla Fondazione Centenario delle industrie tecnologiche finlandesi.

Il raffreddamento elettrico può essere utilizzato per raffreddare attivamente i componenti direttamente su un chip di silicio o in frigoriferi per uso generale su larga scala. Si tratta di una tecnologia di piattaforma adatta a numerose applicazioni e che crea opportunità per nuovi business. La parte attiva del dispositivo di raffreddamento è prodotta utilizzando metodi di produzione microelettronica su wafer di silicio, il che rende la produzione molto economica.

"Rendere i sistemi di refrigerazione più facili da usare, più piccoli e più economici può incrementare significativamente l'applicazione delle tecnologie criogeniche in nuove aree. Vediamo che la nostra tecnologia di raffreddamento elettronico può svolgere un ruolo importante in questo sviluppo", ha affermato Prunnila.

La criogenia è diventata un’area di crescente interesse grazie alla tecnologia quantistica. I sistemi sviluppati per le esigenze estreme della tecnologia quantistica possono essere utilizzati anche in diversi sensori, nella tecnologia spaziale ed eventualmente anche nell'informatica classica. Metodi di raffreddamento compatti e facili da usare contribuiscono all’adozione su larga scala di queste tecnologie.