 В гонке миниатюризации электронных компонентов, исследователи сталкиваются с серьезной проблемой: чем меньше или быстрее устройство, тем сложнее его охладить. Одним из решений для улучшения охлаждения является использование материалов с очень высокой теплопроводностью, например, графена, для быстрого рассеивания тепла и тем самым охлаждения цепи.
На данный момент, однако, потенциальные применения сталкиваются с фундаментальной проблемой: как же тепло распространяется внутри этих листов материалов, которые являются не более, чем несколько атомов в тощину?
В исследовании был пролит новый свет на механизмы теплопроводности графена и других двумерных материалов. Ученые продемонстрировали, что тепло распространяется в виде волны, так же, как звук в воздухе. Ранее это было очень неясное явление, наблюдаемое в некоторых случаях при температурах, близких к абсолютному нулю. Их моделирование обеспечивает ценный инструмент для исследователей, изучающих графен, будь то для охлаждения схем на наноуровне, или замены кремния в электронике будущего.
Если и было трудно до сих пор понять распространение тепла в двумерных материалах, то потому, что эти листы вели себя неожиданными способами по сравнению с их трехмерными двоюродными братьями. На самом деле, они могут передавать тепло с очень ограниченными потерями даже при комнатной температуре.
Как правило, тепло распространяется в материале через вибрацию атомов. Эти колебания называются «фононами» и по мере распространения тепла эти фононы сталкиваются друг с другом, сливаясь вместе или расщеплясь. Все эти процессы могут ограничить проводимость тепла по пути. Только в экстремальных условиях, когда температура опускается близко к абсолютному нулю (-200 С или ниже), то можно заметить, практически полное отсутствие потерь теплопередачи.
Ситуация очень отличается в двух размерных материалах, как показано исследователями в EPFL. Их работа показывает, что тепло может распространяться без значительных потерь в 2D, даже при комнатной температуре, благодаря явлению волнообразной диффузии под названием второй звук. В этом случае, все фононы идут вместе в унисон на очень большие расстояния. Расчеты, основанные на первых принципах физики, показали, что атомно-тонкие листов материалов ведут себя даже при комнатной температуре так же, как трехмерные материалов при экстремально низких температурах. Ученые могут показать, что тепловой перенос описывает волны, не только в графене, но и в других материалах, которые еще не были изучены. Это чрезвычайно ценная информация для инженеров, которые могли бы использовать конструкцию будущих электронных компонентов, используя некоторые из этих свойств новых двумерных материалов.
|
