تولد الشرائح الإلكترونية المصنوعة من أشباه الموصلات حرارة ناتجة عن تدفق التيار الكهربائي، و إذا لم يتم التخلص من هذه الحرارة بشكل فعال، فإن تراكمها قد يؤدي إلى تحلل مواد الشرائح، مما يتسبب في تدهور أدائها و توقفها عن العمل.

في الأجهزة الإلكترونية الصغيرة مثل الحواسيب، يتم عادةً استخدام التبريد بواسطة المراوح والمبددات الحرارية لتشتيت الحرارة إلى الهواء المحيط. أما في مراكز البيانات، يتم الاعتماد على أنظمة التبريد بالماء، التي توفر قدرة أكبر على امتصاص وتبديد الحرارة.

ولكن شركة مختبرات ماكسويل الناشئة، بالتعاون مع مختبرات سانديا الوطنية وجامعة نيو مكسيكو، تعمل على تطوير تقنية جديدة تُعرف بـ التبريد الضوئي بالليزر. فلأول مرة، سيتم استخدام الليزر لتبريد الشرائح الإلكترونية، وهو تطور مذهل في مجال إدارة الحرارة. عادةً ما يؤدي تسليط الليزر على المواد إلى رفع حرارتها بسبب اصطدام الفوتونات بالذرات.

لا تأتي الشركة بابتكار جوهري جديد في المواد، لكن التميز يكمن في كيفية التطبيق. فهي تعتمد على بحث من جامعة نانيانغ التكنولوجية في سنغافورةنُشر في عام 2013 في مجلة نيتشر، أظهر أن هناك أنواعاً معينة من أشباه الموصلات تمتلك قدرة على تبديد الحرارة عند تعرضها لضوء ليزر بتردد محدد وموجه إلى نقاط معينة.

تقوم الشركة باستخدام أشباه موصلات فائقة النقاء مثل زرنيخيد الغاليوم (GaAs). عندما يتم توجيه الليزر بتردد معين إلى نقاط ساخنة فيها، يكتسب الإلكترون الذي يتصادم مع فوتونات الليزر طاقة إضافية، مما يؤدي إلى انتقاله إلى مستوى طاقي أعلى. بعد ذلك، يعود الإلكترون إلى مستواه الطاقي الأصلي، ويطلق فوتوناً طاقته أعلى من الفوتون الذي امتصه. هذه العملية تؤدي إلى فقدان المادة لطاقتها الحرارية تدريجياً، مما يسهم في تبريد الشريحة بشكل مستمر وفعال.

كما تزعم الشركة أن لديها تقنية مبتكرة لتحويل الطاقة الحرارية الخارجة على شكل فوتونات إلى طاقة كهربائية قابلة لإعادة الاستخدام، مما يقدم حلاً متعدد الفوائد. هذه الآلية تقلل من تكلفة التبريد وحجم الأجهزة المستخدمة له، وتعيد استخدام الطاقة الحرارية بشكل فعال، كما تتيح للمعالجات العمل بمستوى أداء أعلى بفضل قدرتها الفائقة على تبديد الحرارة بشكل أسرع وأكثر كفاءة مقارنة بالطرق التقليدية.

ومع ذلك، فإن تحويل هذه التقنية إلى منتج عملي يواجه تحديات كبيرة. إنتاج أشباه الموصلات GaAs فائقة النقاء يعد عملية معقدة ومكلفة للغاية. بالإضافة إلى ذلك، لا تزال هذه الآلية في مراحلها التجريبية الأولى ولم يتم اختبارها في نموذج عملي بعد.

ورغم التحديات، تتوقع الشركة الانتهاء من تطوير نموذج أولي فعال بحلول خريف عام 2025، مما قد يمثل خطوة كبيرة نحو تحقيق هذه الرؤية.