AI 芯片散热新路径：可编程热器件亮相，非互易因子接近 0.9

IT之家 7 月 15 日消息，科技媒体 Tom's Hardware 昨日（7 月 14 日）发布博文，报道称大阪公立大学研究团队开发出一种可编程热器件，其非互易因子接近 0.9，能在断电后记忆配置状态，实现近乎正向入射角下的热量定向控制。IT之家注：在物理学与前沿光学中，非互易因子（Non-reciprocal factor，通常记为 η）是用来量化系统“打破时间反演对称性”程度的物理量。图源：大阪市立大学在热辐射中，若某波长下的非互易因子达到 0.9，意味着该结构在该角度下，正向的光谱吸收率比反向的光谱发射率高出了 0.9（实现了吸收与辐射的极大不平衡）。这能突破传统黑体辐射极限，极大地提升热光伏（TPV）系统或辐射制冷的能量采集效率。该技术为突破基尔霍夫热辐射定律（Kirchhoff's Law of Thermal Radiation）提供新的见解，该定律于 1859 年提出，在热平衡状态下，物体的热辐射发射率等于其热辐射吸收率，这限制了工程师对热量的精确控制。而研究人员探索了多种打破洛伦兹互易性的方法来实现这一目标。洛伦兹互易定理是经典电磁学和线性系统中极其重要的基本原理，在线性、各向同性（或对称张量）且不随时间变化的系统中，交换辐射源和观测点的位置，所测得的场响应保持不变。大多数方法依赖于磁光材料、磁性外尔半金属或主动调制超表面。然而，这些设计通常面临两大难题。首先，它们需要光线以非常倾斜的角度（掠射角）照射表面才能产生强方向性；其次许多现有设计不稳定。一旦控制它们的磁场、电信号或加热源移除，它们的特性就会消失。大阪市立大学的研究团队通过结合两种功能互补的材料，克服了上述两个限制。该器件核心由磁光半导体砷化铟（InAs）与相变材料锗锑碲（GST）构成。InAs 在磁场下产生定向不对称性，实现非互易热行为，为分离热吸收与热辐射提供方向控制。GST 层则充当非易失性开关，可在非晶与晶态间可逆切换，即便断电也能永久存储器件的工作模式。研究人员表示，该原型系统在仅 3 度的入射角下即可实现接近 0.9 的非互易因子，远比以往设计通常所需的陡峭入射角更接近垂直入射。在应用前景方面，尽管该技术仍处于早期实验室验证阶段，不过有望成为工程师将热量从热点导离、降低芯片间热干扰及稳定硅光子器件性能的新工具。除计算领域外，研究团队预见该技术还可应用于辐射冷却、热光伏能量转换、红外发射器及光子存储等领域。然而，从实验室演示到可部署的商业电子设备，仍面临巨大的工程挑战。参考Reconfigurable Giant Nonreciprocity at Near-Normal Incidence via Phase-Change Magneto-Optical Metagratings