UCLA inžinieriai kambario temperatūroje užfiksavo kvantines šilumos bangas

UCLA Samueli inžinerijos mokyklos mokslininkai pirmą kartą įrodė, kad fononai, atominiai virpesiai, pernešantys šilumą, kambario temperatūroje gali judėti nukreiptais, į spindulius panašiais takais. Šis reiškinys anksčiau buvo stebimas tik arti absoliutaus nulio. Žurnale „Nature Physics“ liepos 22 d. paskelbtos išvados gali iš esmės pakeisti tai, kaip inžinieriai valdo šilumą elektronikoje, DI aparatinėje įrangoje ir kvantiniuose prietaisuose.newsroom.ucla+1

Fononų fokusavimas boro arsenide

Tyrimas, kuriam vadovavo UCLA Samueli mechanikos ir kosmoso inžinerijos profesorius Yongjie Hu, parodė, kad boro arsenide, dideliu šiluminiu laidumu pasižyminčiame kristaliniame puslaidininkyje, šiluma nesklinda tolygiai visomis kryptimis kaip įprastose medžiagose. Anksčiau ji juda nukreiptais takais, kuriuos lemia medžiagos kristalinė struktūra, panašiai kaip šviesolaidžiai nukreipia šviesą.samueli.ucla+1

Norėdama užfiksuoti šį efektą, komanda sukūrė nanoskalės temperatūros žemėlapių sudarymo metodą. Įprastose medžiagose jie stebėjo apskritus šilumos sklaidai būdingus modelius. Tačiau boro arsenide jie užfiksavo į spindulius panašius temperatūros modelius, kurie nuspėjamai keitėsi priklausomai nuo kristalo orientacijos, sukurdamas ryškius šešiabriaunius, aštuoniabriaunius ir keturbriaunius fokusavimo modelius.newsroom.ucla

Kvantinis fononų elgesys išlieka vieno mikrometro ir galbūt net iki kelių dešimčių mikrometrų atstumu, o šie atstumai yra svarbūs šiuolaikiniams elektroniniams, fotoniniams ir kvantiniams prietaisams.samueli.ucla+1

Poveikis ateities technologijoms

"Tai yra esminis stebėjimas, leidžiantis mums naujai pažvelgti į šilumos valdymą," teigė Hu. "Leisdamas nukreipti, sutelkti ir perskirstyti šilumą nanoskalės tikslumu kambario temperatūroje, šis atradimas padeda pagrindą kvantinei šilumos inžinerijai."newsroom.ucla

Ankstesniems fononų fokusavimo stebėjimams reikėjo kriogeninės temperatūros, paprastai tik kelių laipsnių virš absoliutaus nulio, kur fononai gali nukeliauti didelius atstumus neišsisklaidydami. Manyta, kad kambario temperatūroje fononai sklaidosi per greitai, kad pasireikštų toks koherentinis elgesys. Neįprastai silpna fononų sklaida boro arsenide leidžia banginiui pernešimui išlikti ir įprastomis sąlygomis.nature+1

Atradimas remiasi ankstesniu Hu darbu, kuris 2018 m. atliko pirmuosius eksperimentinius boro arsenido tyrimus. Šilumos valdymas atominiu lygiu galėtų padėti išspręsti šilumos kaupimosi problemas, ribojančias DI mikroschemų, mikroelektroninių prietaisų ir kosmoso sistemų našumą, o kartu atvertų galimybes tiksliai suderinti fononų ir elektronų sąveiką kvantinės informacijos ir jutiklių technologijose.newsroom.ucla