Winzige Wärmemaschine eignet sich zur aktiven Kühlung hoch getakteter Prozessoren

Eindhoven (Niederlande) - Dampfmaschinen, Dieselmotoren oder Kühlaggregate: All diese Geräte beruhen auf Wärmemaschinen, die über Verbrennung oder andere thermodynamische Prozesse Arbeit leisten können. Kleiner als ein Spielwürfel konnten diese Motoren bisher nicht gebaut werden, wodurch sie in mikromechanischen Systemen nur beschränkt eingesetzt werden können. Doch nun schafften es niederländische Forscher über einen sich selbst verstärkenden Schwingungsprozess, mit wenigen Kubikmikrometern eine um sieben Größenordnungen kleinere Wärmemaschine herzustellen. Ihren Prototyp stellten sie in der Fachzeitschrift "Nature Physics" vor.

Peter Steeneken und seine Kollegen im Forschungszentrum des Chipproduzenten NXP in Eindhoven versetzten einen wenige Mikrometer kleinen Einkristall-Resonator aus n-dotiertem Silizium mit Wechselstrompulsen in kleine Schwingungen. Bei diesen Bewegungen änderte sich auch der elektrische Widerstand des Materials. Dadurch konnte ein parallel fließender Gleichstrom den Resonator mal mehr, mal weniger erwärmen. Diese Temperaturschwankungen ließen das Material abwechselnd ausdehnen und schrumpfen. Das ist die Basis für eine Wärmemaschine analog zu einem Verbrennungsmotor, bei dem sich die Zylinder schnell heben und senken.

In diesem Resonanzfall wandelt der Resonator elektrische und thermische Energie wie eine Wärmemaschine in mechanische Bewegung um. Obwohl es sich um ein eindrucksvolles Grundlagenexperiment handelt, könnte es praktische Anwendungen nach sich ziehen. Denn über diesen thermodynamischen Prozess ließen sich theoretisch Kältemodule entwickeln, die wegen ihrer geringen Größe in schnell getaktete Prozessoren integriert werden und diese aktiv kühlen könnten.