У сучасній електроніці велика кількість тепла виділяється у вигляді відходів під час використання — ось чому такі пристрої, як ноутбуки та мобільні телефони, нагріваються під час використання та потребують рішень для охолодження. В останнє десятиліття була випробувана концепція керування цим теплом за допомогою електрики, що призвело до розробки електрохімічних теплових транзисторів — пристроїв, які можна використовувати для керування тепловим потоком за допомогою електричних сигналів.
В цей час використовуються теплові транзистори в рідкому стані, але вони мають критичні обмеження: в основному будь-який витік призводить до припинення роботи пристрою. Дослідницька група з Університету Хоккайдо під керівництвом професора Хіромічі Охти з Науково-дослідного інституту електронних наук розробила перший твердотілий електрохімічний тепловий транзистор. Їхній винахід, описаний у журналі Advanced Functional Materials, набагато стабільніший і настільки ж ефективний, як поточні теплові транзистори в рідкому стані.
«Термовий транзистор загалом складається з двох матеріалів: активного матеріалу та перемикаючого матеріалу», — пояснює Охта. «Активний матеріал має змінну теплопровідність (𝜅), а перемикаючий матеріал використовується для контролю теплопровідності активного матеріалу».
Команда побудувала свій тепловий транзистор на основі оксиду цирконію, стабілізованого оксидом ітрію, який також функціонував як комутаційний матеріал, і використовував оксид стронцію, кобальту як активний матеріал. Платинові електроди використовувалися для подачі енергії, необхідної для управління транзистором.
Теплопровідність активного матеріалу у включеному стані була порівнянна з деякими рідинними тепловими транзисторами. Загалом теплопровідність активного матеріалу була в чотири рази вищою у «ввімкненому» стані порівняно з «вимкненим». Крім того, транзистор був стабільним протягом 10 циклів використання, краще, ніж деякі поточні теплові транзистори в рідкому стані. Ця поведінка була перевірена на більш ніж 20 окремо виготовлених теплових транзисторах, що гарантує відтворюваність результатів. Єдиним недоліком була робоча температура близько 300°C.
«Наші результати показують, що твердотіли електрохімічні термічні транзистори мають потенціал бути такими ж ефективними, як і рідинні електрохімічні термічні транзистори, без жодних обмежень», — підсумовує Охта. «Основною перешкодою для розробки практичних теплових транзисторів є високий опір комутаційного матеріалу, а отже, і висока робоча температура. Це буде центром наших майбутніх досліджень».