Створені перші “стандартні блоки” гіпотетичного теплового комп’ютера, здатного працювати при температурі в 600 К

Такі теплові комп’ютери для передачі і обробки інформації замість електрики використовують теплову енергію. Звичайно, вони мають набагато меншу швидкодію, ніж існуючі обчислювальні пристрої, але вони можуть працювати в таких умовах, в яких перестане працювати електроніка будь-якого типу за винятком спеціалізованої високотемпературної електроніки на основі карбіду кремнію.

На відміну від електроніки, нанорозмірні термомеханічні пристрої пам’яті і логічні елементи, які використовують теплову енергію замість електрики, зможуть працювати навіть в самих несприятливих умовах. Такі теплові обчислювальні пристрої зможуть працювати на поверхні Венери, де температура часто перевищує позначку в 400 градусів Цельсія, в глибинних свердловинах і в енергетичних установках, що використовують геотермальну енергію. Крім цього, технологія теплових обчислень є ідеальним кандидатом для побудови ланцюгів управління систем охолодження і систем акумулювання теплової енергії.

Тепловий діод з функціональної точки зору практично ідентичний своєму електронному побратиму, він дозволяє текти потоку тепла тільки в одному напрямку. Така можливість управління потоком тепла дозволить зробити два чітких рівня сигналу, що відповідають значенням логічного 0 і 1. У конструкції нового теплового діода рівні пропускається теплового потоку задаються шляхом зміни відстані між його нерухомим “терміналом” і рухомим “терміналом”. Це відстань змінює величину теплового потоку, який здатний пропустити через себе теплової діод, крім цього, величина цього потоку залежить від його напряму.

Слід зазначити, що новий теплової діод є першим у своєму роді пристроєм, в якому вченим вдалося реалізувати контроль над чотирма температурними факторами одночасно, над шириною розділового проміжку і рівнем теплопередачі, що залежить від напрямку теплового потоку.

Структура теплового діода складається з 24 пар фіксованих і рухомих “терміналів”, що є аналогами електродів звичайного діода. Так само в діоді присутні нагрівачі, виготовлені з тонкої платинової плівки, за допомогою яких можна управляти температурою кожної пари терміналів. Коли фіксований термінал має велику температуру, ніж рухливий, зазор між ними збільшується, що призводить до зниження потоку що проходить через них тепла. А коли температура рухомого терміналу стає вище температури фіксованого, ширина проміжку зменшується і через пару може протікати більший тепловий потік.

На рівні терміналів процес теплопередачі проводиться за рахунок явища польового теплового випромінювання, який працює за рахунок тунелювання короткоживучих поверхневих теплових хвиль між двома поверхнями, що знаходяться в безпосередній близькості один від одного. Ще однією відмінною рисою нового теплового діода є те, що в ньому вперше було використано в практичних цілях вищезгадане явище. А попередні спроби використання явища польового теплового випромінювання стикалися з низкою нерозв’язних в той час проблем, пов’язаних з необхідністю точного управління шириною нанорозмірного розділового проміжку.

Випробування дослідних зразків теплових діодів показали, що вони здатні працювати при температурах до 600 градусів Кельвіна. А оптимізація структури діода і використання в ній нових матеріалів, як вважають вчені, дозволить в майбутньому їх диоду працювати і при більш високих температурах.