First "heat transistor" unveiled

[Wien Ee]

Physicists claim to have built the world’s first "heat transistor" in which the flow of heat between two electrodes is controlled by a voltage applied to a third lead. The flow can be increased, decreased or even switched off by changing the voltage -- in much the same way as electrical current is controlled in a conventional transistor.


Lees meer ... Physicsweb

[eendavid]

Wat weinig uitleg op physicsweb. Hier is het oorspronkelijke artikel


Een uitleg die misschien een beter idee geeft van wat hier gebeurt.


De S in de foto staat voor supergeleider, en N voor normaal metaal. Tussen N en S is er steeds een dunne isolatorlaag, doordat bij de fabricage een lichte oxidatie kan optreden. Deze isolator laat elektronen liever niet door, hij zorgt voor een hoge energieberg waar de elektronen over moeten. We noemen dit de NIS structuur. N kan gekoeld worden wanneer hoog-energetische elektronen uit N worden afgevoerd. Er moet dan een stroom door een SINIS-structuur vloeien:in een continu regime moet er evenveel stroom in als uit gaan, dus moeten elektronen naar N gaan (SIN) en uit N (NIS). De onderzoekers hebben nu aangetoond dat deze stroom (en dus de koeling) kan gestuurd worden door V_g te variëren.


Met een beetje natte vingerwerk kan je aanvoelen hoe dit komt. In principe is het voor de hoog-energetische elektronen niet moeilijk om over de energieberg van de isolator te raken, dus de elektronenstroom van N naar S kan vloeien. Bij voldoende hoge V_g wordt in N de energie van electronen laag (=gunstig), waardoor de hoogte van de berg SIN mee naar beneden wordt getrokken. Op die manier kan de stroom vloeien door de SINIS-structuur.


noot: Ik spreek van 'over de energieberg raken', maar uiteraard gaat het om tunneling doorheen de isolator.

[DePurpereWolf]

Volgens mij is niet de elektronen-stroom het idee, maar warmte stroom. De warmte stroom word van S naar N naar S overdragen en de elektronen blijven waar ze zitten door de I isolatie lagen. De warmte word aan geboden aan de N laag, en kan worden afgevoerd aan elk van de S lagen als er tenminste een potentiaal daar word aangebracht dat tweemaal de supergeleiding energy gap is.


Erg interessante ontwikkeling echter.

[eendavid]

Je kent hier veel meer van dan ik, dus je zal wel gelijk hebben. Alleen zie ik dan niet goed wat ze doen: langs welke weg heeft de elektrostatische energie van N iets te maken met de warmtestroom? Ik dacht uit het artikel op te maken dat de warmtestroom in dit geval via elektronen gebeurde (wat uiteraard kan als de in-elektronen een andere energie hebben dan de uit-elektronen):

A theoretical model developed within the framework of single-electron tunneling provides a full quantitative agreement with the experiment.

[DePurpereWolf]

Dit onderwerp is ook niet 1,2,3 uit te leggen. Maar ik weet dat in een normale transistor tunneling uit den boze is, tunneling is namelijk de lekstroom.

In een normale transistor zorgt een een controle stroompje op de 'gate' ervoor dat stroom van source naar drain gaat. Er is geen tunneling, maar de gate beinvloed het stukje halfgeleider onder een isolatielaagje wat source en drain verbind.

"heat transistor" in which the flow of heat between two electrodes is controlled by a voltage applied to a third lead.

In een hitte transistor zorgt een controle stroompje voor de warmtestroom van drain naar source. Warmtestroom word volgens mij niet gedragen door elektronen hier, maar door phonons, wat dan weer atoom bewegingen in de kristalstructuur zijn.


Hoe dat dan werkt, en waarom de derde elektrode, of de gate, deze hittetransport te werk stelt weet ik niet. Ik weet niet hoe warmteoverdacht werkt in een supergeleider, of wat voor isolatie materiaal er zit tussen source en drain.