Тепловая память: испанские ученые разработали первый прототип устройства тепловой памяти

Ученые из Испании разработали прототип устройства термопамяти, способного переключаться между разными состояниями теплопроводности под воздействием слабых электрических напряжений. Исследование открывает путь к активному тепловому контролю в твердотельных устройствах с потенциальным применением в терморегуляции электронных систем, преобразовании энергии и разработке технологий обработки информации на основе тепла.

Устройство, созданное специалистами Центра исследований биологической химии и молекулярных материалов (CiQUS) в сотрудничестве с университетами Барселоны и Сарагосы, сочетает в себе два ключевых элемента: электрическую поляризацию, характерную для сегнетоэлектриков, и наличие кислородных вакансий, которые действуют как барьеры для теплопередачи. Его работа аналогична работе битов в обычной электронике: его можно запрограммировать на высокую теплопроводность («состояние «включено») или на низкую теплопроводность («выключено»), сохраняя свою конфигурацию даже при удалении электрического воздействия. Это позволяет использовать его в качестве тепловой памяти.

Устройство основано на сверхтонких пленках (толщиной всего несколько нанометров) оксидов гафния и циркония, обладающих сегнетоэлектрическими свойствами, пишет Phys.

Ключевой механизм основан на электрическом управлении движением атомных дефектов — кислородных вакансий. В зависимости от приложенного напряжения в материале накапливаются или рассеиваются вакансии, изменяя скорость распространения тепла. Взаимодействие сегнетоэлектрической поляризации с этими дефектами позволяет точно контролировать теплопроводность системы.

Этот процесс приводит к гистерезисному поведению – такому же, как наблюдается в сегнетоэлектрических материалах – что позволяет определить два стабильных и энергетически независимых тепловых состояния.

Хотя открытие находится на фундаментальной стадии и еще далеко от практического применения, система показывает многообещающие результаты: она работает при относительно низких напряжениях, а создаваемые тепловые состояния остаются стабильными в течение нескольких дней без заметного ухудшения.