Verkfræðingar UCLA sjá skammtavarmabylgjur við stofuhita

Vísindamenn við UCLA Samueli Verkfræðideildina hafa í fyrsta sinn sýnt fram á að hljóðeindir, atómsveiflur sem bera varma, geta ferðast í beinum geislaformuðum brautum við stofuhita, en þetta fyrirbæri hafði áður aðeins sést nærri algjörum kulda. Niðurstöðurnar, sem birtust 22. júlí í Nature Physics, gætu breytt því hvernig verkfræðingar stýra varma í rafeindatækni, gervigreindarbúnaði og skammtafeindatækjum.newsroom.ucla+1

Hljóðeindabeining í bóraršeníði

Rannsóknin, sem var stýrt af Yongjie Hu, prófessor í vél- og geimferðaverkfræði við UCLA Samueli, sýndi að í bóraršeníði, kristallaðri hálfleiðara með mikla varmaleiðni, dreifist varmi ekki jafnt í allar áttir eins og í hefðbundnum efnum. Þess í stað færist hann meðfram stýrðum brautum sem ákvarðast af kristallstcustoms efnisins, svipað og ljósleiðarar stýra ljósi.samueli.ucla+1

Til að fanga þessi áhrif þróaði teymið tækni til varmakortlagningar á nanóskala. Í venjulegum efnum sáust hringlaga varmadreifingarmynstur sem samræmdust sveifluleiðni. Í bóraršeníði mældu þeir hins vegar geislaformuð hitastigsmynstur sem breyttust á fyrirsjáanlegan hátt eftir stefnu kristallsins, sem myndaði skýr sexfald, áttfald og fjórfald beiningarmynstur eftir því hvaða kristallsflötur var rannsakaður.newsroom.ucla

Skammtahald hljóðeinda helst yfir fjarlægðir upp á einn míkrómetra og jafnvel allt að tugum míkrómetra, sem eru fjarlægðir sem skipta máli fyrir nútíma rafeinda-, ljósfeinda- og skammtatæki.samueli.ucla+1

Áhrif á tækni framtíðarinnar

"Þetta er grundvallaratAthugun sem gerir okkur kleift að hugsa um varmastjórnun á nýjan hátt," sagði Hu. "Með því að gera kleift að stýra, beina og endurdreifa varma með nanóskalanákvæmni við stofuhita leggur uppgötvunin grunn að skammtavarmaverkfræði."newsroom.ucla

Fyrri athuganir á hljóðeindabeiningu kröfðust frostmarkshitastigs, yfirleitt aðeins nokkrum gráðum yfir algjörum kulda, þar sem hljóðeindir geta ferðast langar vegalengdir án þess að dreifast. Við stofuhita var talið að hljóðeindir dreifðust of hratt til að slík samhangandi hegðun kæmi fram. Óvenju veik hljóðeindadreifing í bóraršeníði gerir bylgjuandi flutningi kleift að haldast við venjulegar aðstæður.nature+1

Uppgötvunin byggir á fyrri vinnu Hu sem brautryðjanda í tilraunaeinkennum á bóraršeníði árið 2018. Að stjórna varma á atómskala gæti hjálpað til við að leysa varmaflöskuhálsa sem takmarka afköst gervigreindarflögu, smárafeindatækja og geimferðakerfa, ásamt því að opna leiðir til að fínstilla hvernig hljóðeindir eiga samskipti við rafeindir í skammtaupplýsinga- og mælingatækni.newsroom.ucla