加州大學洛杉磯分校（UCLA)的研究人員開發(fā)出一種固態(tài)熱晶體管，它能利用外部電場控制納米尺度的熱流。換句話說，這種原型機就像一個熱能電晶體管。

晶體管原型為集成電路中更有效的熱管理打開了大門，甚至為人類新陳代謝研究帶來了有趣的機會。

研究人員稱，他們最近開發(fā)的晶體管與半導體制造工藝高度兼容，性能優(yōu)越，同時只需消耗極少的電能就能持續(xù)開關和放大熱量。

消除集成電路熱量

UCLA團隊開發(fā)熱晶體管的目的是解決縮小集成電路發(fā)熱的問題。熱量會導致能源浪費，過多的熱量會降低電子元件的性能和使用壽命。熱管理可以提高系統(tǒng)的效率和電子元件的耐用性。

傳統(tǒng)的熱管理系統(tǒng)包括散熱器等被動設備、空氣和液體冷卻方法、熱電冷卻以及使用傳感器和控制系統(tǒng)實時調(diào)節(jié)溫度的主動熱控制。冷卻方法的選擇取決于芯片的功率密度、可用空間、成本考慮以及所需的冷卻水平等因素。

無論采用哪種冷卻方法，熱量移動通常都是一個緩慢的過程，大約需幾分鐘，這會影響芯片的性能和可靠性。

電門控熱開關

研究人員的熱晶體管的基本結構類似于電子晶體管。器件通道連接冷熱蓄熱器，第三個端子作為柵極，利用電場控制熱導率。研究人員測量了該器件的熱導率，發(fā)現(xiàn)它與柵極電壓有很大關系。

當施加 2.5 V 至 -2.5 V 的柵極電壓時，該器件的熱導率會從 10 MW/m2K 變?yōu)?134 MW/m2K。他們測試了該器件在開啟和關閉狀態(tài)之間的可逆性，測試周期長達一百萬次。

研究小組利用超快光學顯微鏡對熱轉換速度進行了測量。該器件的快速熱轉換是場誘導的，取決于瞬時電荷動態(tài)。研究報告稱，這種切換在 0.1 赫茲到 1 兆赫的頻率范圍內(nèi)是可逆的。

工程學揭示細胞生物學

加州大學洛杉磯分校的研究小組認為，他們的技術可以超越集成電路冷卻的范圍，拓展我們對人體熱量管理的理解。

細胞活動會產(chǎn)生熱量，了解分子水平的熱動態(tài)可以提供有關新陳代謝過程的信息。蛋白質(zhì)的折疊和展開也會產(chǎn)生熱量。如果研究人員能夠在分子水平上控制熱流，他們將來也許還能操縱蛋白質(zhì)達到治療目的。由于細胞會對溫度變化做出反應，因此在分子水平上精確控制熱流可使研究人員研究細胞如何對溫度變化做出反應。