新型可编程热器件助力AI芯片散热
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新型可编程热器件助力AI芯片散热
7月14日，科技媒体Tom's Hardware发布报道，介绍由大阪公立大学研究团队开发的一种新型可编程热器件。该器件具备接近0.9的非互易因子，能够在断电后仍保持其配置状态，从而实现接近垂直入射角度下的热量定向控制。
在物理学和前沿光学领域，非互易因子（Non-reciprocal factor，通常记为η）用于衡量系统打破时间反演对称性的程度。当热辐射中的非互易因子达到0.9时，意味着在特定角度下，正向的光谱吸收率比反向的光谱发射率高出0.9，从而实现显著的吸收与辐射不平衡。这种特性有助于突破传统黑体辐射的限制，显著提升热光伏（TPV）系统或辐射制冷的能量采集效率。
这项研究为突破基尔霍夫热辐射定律（Kirchhoff's Law of Thermal Radiation）提供了新的视角。该定律自1859年提出以来，一直指出在热平衡状态下，物体的热辐射发射率等于其吸收率，从而限制了热量控制的精度。
为实现非互易热行为，研究人员探索了多种打破洛伦兹互易性的方法。洛伦兹互易定理是经典电磁学和线性系统中的基本原理，指出在线性、各向同性或对称张量且不随时间变化的系统中，交换辐射源与观测点的位置，其场响应保持不变。
目前，大多数非互易热器件依赖磁光材料、磁性外尔半金属或主动调制超表面。然而，这些设计通常存在两个主要问题：一是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；二是许多设计在控制信号（如磁场、电信号或加热源）移除后，其特性会迅速消失。
大阪公立大学团队通过结合两种功能互补的材料，成功克服了上述限制。该器件的核心由磁光半导体砷化铟（InAs）与相变材料锗锑碲（GST）构成。
InAs在磁场作用下可产生定向不对称性，从而实现非互易热行为，为热吸收与热辐射的分离提供方向控制。而GST层则作为非易失性开关，能够在非晶态与晶态之间可逆切换，即使在断电情况下也能长期保存器件的工作模式。
实验结果显示，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，远优于以往设计所需的陡峭入射角，更接近垂直入射。
尽管该技术仍处于实验室验证阶段，但其在工程应用中展现出巨大潜力。研究人员指出，该器件有望成为一种新工具，用于将热量从热点区域导出，减少芯片间的热干扰，并提升硅光子器件的稳定性。
除了计算领域，该技术还可能拓展至辐射冷却、热光伏能量转换、红外发射器以及光子存储等多个应用方向。然而，从实验室原型走向商业化电子设备，仍需克服诸多工程挑战。
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