UCLA mühendisleri oda sıcaklığında kuantum ısı dalgaları gözlemledi

UCLA Samueli Mühendislik Fakültesi araştırmacıları, ısıyı taşıyan atomik titreşimler olan fononların oda sıcaklığında odaklanmış, ışın benzeri yollarda ilerleyebildiğini ilk kez kanıtladı: bu olgu daha önce yalnızca mutlak sıfıra yakın sıcaklıklarda gözlemlenmişti. Nature Physics dergisinde 22 Temmuz'da yayımlanan bulgular, mühendislerin elektronik, yapay zeka donanımları ve kuantum cihazlarındaki ısı yönetim şeklini yeniden şekillendirebilir.newsroom.ucla+1

Bor Arsenitte Fonon Odaklanması

UCLA Samueli'de makine ve havacılık-uzay mühendisliği profesörü olan Yongjie Hu liderliğindeki çalışma, yüksek termal iletkenliğe sahip kristal bir yarı iletken olan bor arsenitte ısının geleneksel malzemelerde olduğu gibi her yöne eşit yayılmadığını gösterdi. Isı, bunun yerine fiber optik kabloların ışığı iletmesine benzer şekilde, malzemenin kristal yapısının belirlediği yönlendirilmiş yollar boyunca ilerliyor.samueli.ucla+1

Ekip, bu etkiyi görüntülemek için nanoölçekli bir sıcaklık haritalama tekniği geliştirdi. Sıradan malzemelerde, yayınım yoluyla iletimle uyumlu dairesel ısı yayılım kalıpları gözlemlediler. Ancak bor arsenitte, incelenen kristal düzlemine bağlı olarak altı katlı, sekiz katlı ve dört katlı belirgin odaklanma kalıpları üreten ve kristal yönilimiyle öngörülebilir şekilde değişen ışın benzeri sıcaklık kalıpları kaydettiler.newsroom.ucla

Kuantum fonon davranışı, bir mikrometre ve potansiyel olarak onlarca mikrometreye kadar olan mesafelerde varlığını koruyor: bu mesafeler modern elektronik, fotonik ve kuantum cihazları için büyük önem taşıyor.samueli.ucla+1

Geleceğin Teknolojisi Üzerindeki Etkileri

"Bu, ısı yönetimi hakkında yeni bir şekilde düşünmemizi sağlayan temel bir gözlem" diyen Hu, sözlerini şöyle sürdürdü: "Isının oda sıcaklığında nanoölçek hassasiyetiyle yönlendirilmesini, odaklanmasını ve yeniden dağıtılmasını sağlayan bu keşif, kuantum termal mühendisliği için bir temel oluşturuyor."newsroom.ucla

Daha önceki fonon odaklama gözlemleri, fononların saçılmadan uzun mesafeler katedebildiği kriyojenik sıcaklıkları, yani genellikle mutlak sıfırın sadece birkaç derece üzerindeki koşulları gerektiriyordu. Oda sıcaklığında fononların, bu tür uyumlu bir davranış sergileyemeyecek kadar hızlı saçıldığı düşünülüyordu. Bor arsenitin alışılmadık derecede zayıf fonon saçılımı, dalga benzeri iletimin ortam koşullarında da devam etmesini sağlıyor.nature+1

Keşif, Hu'nun 2018 yılında bor arsenitin deneysel karakterizasyonuna öncülük ettiği önceki çalışmasına dayanıyor. Isının atomik düzeyde kontrol edilmesi, yapay zeka çipleri, mikroelektronik cihazlar ve havacılık sistemlerinin performansını sınırlayan termal darboğazların giderilmesine yardımcı olabilirken, aynı zamanda kuantum bilgi ve algılama teknolojilerinde fononların elektronlarla etkileşimini hassas şekilde ayarlamanın yollarını açıyor.newsroom.ucla