Wissenschaftler erforschen neue Materialien, die Abwärme effizient erfassen und in Elektrizität umwandeln können, selbst bei niedrigen Temperaturen wie der Körpertemperatur oder Chip-Temperaturen. Sie konzentrieren sich auf GeSn-Legierungen, eine Mischung aus Germanium (Ge) und Zinn (Sn), die auf Silizium-Wafern gez grown werden. Diese Materialien sind vielversprechend für „grüne“ Computer und energieeffiziente Internet-of-Things-Geräte.

GeSn-Legierungen haben eine viel niedrigere Wärmeleitfähigkeit als reines Germanium, was bedeutet, dass sie Wärme besser in Strom umwandeln können. Die Wärmeleitfähigkeit dieser Legierungen sinkt dramatisch von 55 W/(m·K) für reines Ge auf nur 4 W/(m·K) für Ge0.88Sn0.12, was bedeutet, dass sie Wärme besser speichern und effizienter für thermoelektrische Anwendungen sind.

Die Forscher maßen die thermischen Eigenschaften dieser Legierungen mit einer speziellen Methode, die als „3ω-Methode“ bekannt ist. Diese Methode beinhaltet die Verwendung von metallischen Streifen auf dem Material, um Wärme zu erzeugen und die daraus resultierenden Temperaturänderungen zu messen. Sie fanden heraus, dass die Wärmeleitfähigkeit von GeSn-Legierungen von der Menge an Zinn und der Dicke der Schichten abhängt.

Die Ergebnisse zeigten, dass GeSn-Legierungen ähnliche Energieerntemöglichkeiten wie SiGe-Legierungen erreichen können, jedoch bei viel niedrigeren Temperaturen, zwischen 20 °C und 100 °C, die für viele elektronische Geräte typisch sind. Dies macht GeSn-Legierungen sehr vielversprechend für die Integration in bestehende siliziumbasierte Technologien (CMOS), was potenziell den Energieverbrauch und den Kühlbedarf in elektronischen Geräten senken könnte.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass GeSn-Legierungen einen möglichen Paradigmenwechsel für thermoelektrische Materialien in der Elektronik darstellen, da sie eine umweltfreundlichere und effizientere Möglichkeit bieten, Abwärme zu verwalten und zu nutzen, insbesondere bei niedrigeren Temperaturen, die für alltägliche elektronische Geräte und tragbare Technologien geeignet sind.