Команда фізиків з Університету штату Колорадо в Боулдері розкрила загадку таємничого нано-явища: чому деякі надмалі джерела тепла охолоджуються швидше, якщо їх упакувати ближче один до одного.
Ця розробка може одного разу допомогти технічної індустрії розробити більш швидкі електронні пристрої, які не страждають від перегріву. Нарешті ноутбук не буде спалювати коліна!
Перенесення тепла — непросте завдання при розробці електроніки. Прикро створити пристрій і виявити, що він нагрівається швидше, ніж хотілося б. Ще у 2015 році дослідники з JILA під керівництвом фізиків Маргарет Мурнейн і Генрі Каптейна експериментували з кремнієвими брусками завтовшки в багато разів менше людської волосини. Коли їх нагріли лазером, сталося щось дивне. Тіла, що не розсіювали тепло ефективно, почали остигати набагато швидше, коли їх поклали впритул.
Дослідники використовували комп’ютерне моделювання, щоб відстежити проходження тепла від нанорозмірних стрижнів. Вони виявили, що джерела тепла, поміщені близько один до одного, створюють коливання енергії, які відбиваються один від одного, розсіюючи тепло й охолоджуючи стрижні. Згідно з принципами термодинаміки, має бути рівно навпаки: чим менше відстань між нагрітими тілами — тим гірше їх охолодження.
Навіть незначні дефекти в конструкції мікросхем, можуть привести до підвищення температури, збільшуючи знос пристрою. Оскільки технологічні компанії прагнуть виробляти все меншу і меншу електроніку, їм доведеться приділятиме більше уваги фононам — коливань атомів, що переносить тепло у твердих тілах.
- Звуковий шум зменшив ризик зіткнення птахів з високими вежами
- Як псилоцибін розчиняє свідомість людини
- Швидкоростуча рослина допоможе створити сільгоспкультури наступного покоління
Дослідники відтворили на комп’ютері експеримент, проведений кілька років до того. Моделювання було настільки докладним, що команда змогла простежити поведінку кожного атома в моделі від початку до кінця.
Вони виявили, що кремнієві стержні, розміщені досить далеко один від одного, як правило, холоднішали передбачуваним чином. Енергія просочувалася із прутів в матеріал під ними, розсіюючись у всіх напрямках. Але коли прути присунули ближче один до одного, сталося дивне. Пояснимо на аналогії.
Уявіть натовп на стадіоні, що штовхається кінець кінцем виходять в одному напрямку. Приблизно так само «штовхалися» фонони, формуючи направлений тепловий канал.
Дослідники підозрюють, що одного разу інженери зможуть скористатися цією незвичайною поведінкою, щоб краще зрозуміти, як тече тепло в невеликій електроніці — направляючи цю енергію за бажаним шляху, замість того, щоб дозволяти їй бігати шалено і вільно.
Результати опубліковані в журналі Proceedings of the National Academy of Sciences.
Натхнення: www.popmech.ru