Kaliforniya Universiteti, Los-Anceles tərəfindən

Robert Egan tərəfindən redaktə edilib

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

300 K (80°F) temperaturda bor arsenidində şüaya bənzər istilik axınının vizuallaşdırılması. Müəllif: H-Lab/UCLA

Bərk cisimlərdə səmərəli istilik idarəçiliyi növbəti nəsil elektronikanın inkişafı üçün açardır. Lakin, fonon fokuslanması kimi tanınan dalğavari istilik hərəkəti yalnız son dərəcə aşağı və ya kriogen temperaturlarda müşahidə edilmişdir ki, bu da onun öyrənilməsini və praktik istifadəsini məhdudlaşdırmışdır.

İndi UCLA Samueli Mühəndislik Məktəbinin tədqiqatçıları kvant xüsusiyyətlərinə malik atom istilik daşıyıcı titrəmələri olan fononların otaq temperaturunda fokuslanmış, şüaya bənzər yollarla hərəkət edə biləcəyini nümayiş etdiriblər. İstilik bütün istiqamətlərdə bərabər yayılmaq əvəzinə, materialın kristal quruluşu ilə müəyyən edilmiş istiqamətləndirilmiş yollar boyunca hərəkət edə bilər və bu da gələcək elektronika və kvant texnologiyalarında istilik axınının idarə olunması üçün yeni imkanlar açır.

Bor arsenidində şüaya bənzər istilik yolları

“Nature Physics” jurnalında dərc olunmuş tədqiqata UCLA Samueli-də mexaniki və aerokosmik mühəndislik professoru Yongjie Hu rəhbərlik edir. Komanda yüksək istilik keçiriciliyinə malik kristal yarımkeçirici material olan bor arsenidində fononun otaq temperaturunda fokuslandığını nümayiş etdirdi. Bor arsenid kimi materiallar istiliyi yayıldıqdan sonra aradan qaldırmaq əvəzinə, optik lifli işıq kimi, istiliyin əvvəlcədən müəyyən edilmiş marşrutlar boyunca nanoskal dəqiqliklə hərəkət etməsinə imkan verə bilər.

Təsiri ələ keçirmək üçün tədqiqatçılar nanoskallı temperatur xəritələşdirmə texnikası hazırladılar. Ənənəvi materiallarda komanda adi diffuziv istilik keçiriciliyinə uyğun olaraq dairəvi istilik yayılma nümunələrini müşahidə etdi. Lakin bor arsenidində tədqiqatçılar istiliyin müəyyən kristal istiqamətləri boyunca yönəldildiyini nümayiş etdirən təəccüblü şüaya bənzər temperatur nümunələri gördülər.

Komanda daha sonra göstərdi ki, istilik axını nümunələri kristalın istiqamətindən asılı olaraq proqnozlaşdırıla bilən şəkildə dəyişir və bor arsenidin müxtəlif kristal müstəviləri fərqli altı, səkkiz və dörd qat fokuslanma nümunələri nümayiş etdirir. Əhəmiyyətli olan odur ki, bu kvant fonon davranışı 1 mikrometr və potensial olaraq onlarla mikrometrə qədər məsafələrdə davam edə bilər ki, bu da bir çox müasir elektron, fotonik və kvant cihazları üçün kifayətdir.

Tədqiqatın müxbir müəllifi və UCLA-dakı Kaliforniya NanoSistemlər İnstitutunun üzvü Hu bildirib ki, “Bu, istilik idarəetməsi haqqında yeni bir şəkildə düşünməyə imkan verən fundamental bir müşahidədir. İstiliyin otaq temperaturunda nanoskal dəqiqliklə idarə olunmasına, fokuslanmasına və yenidən paylanmasına imkan verməklə, kəşf kvant istilik mühəndisliyi üçün təməl yaradır.”

Kriogen maraqdan cihazlara qədər

İstilik hərəkətini atom səviyyəsində idarə etmək, süni intellekt aparatlarında, mikroelektron cihazlarda, aerokosmik sistemlərdə və digər elektronikada həddindən artıq istiləşmənin performansı, etibarlılığı və miqyaslılığı əhəmiyyətli dərəcədə məhdudlaşdırdığı maneələri aradan qaldırmağa kömək etmək potensialına malikdir. Hu, bunun gələcək kvant məlumatı və sensor texnologiyaları üçün tətbiqlərlə fononların elektronlar və digər enerji daşıyıcıları ilə necə qarşılıqlı təsir göstərdiyini dəqiq tənzimləmək üçün də imkanlar yarada biləcəyini söylədi.

Fononların fokuslanması ilə bağlı əvvəlki müşahidələr əsasən kriogen temperaturlarla, adətən mütləq sıfırdan bir neçə dərəcə yuxarı olan temperaturlarla məhdudlaşırdı və fononlar minimal səpələnmə ilə uzun məsafələrə gedə bilirdilər. Otaq temperaturunda fononların adətən geniş şəkildə səpələndiyi və dalğa koherentliyini tez itirdiyi, istiliyin diffuz şəkildə yayılmasına səbəb olduğu göstərilmişdir.

Bu layihənin nəticələri Hu-nun 2018-ci ildə bor arsenidinin eksperimental kəşfinə dair əvvəlki tədqiqatına əsaslanır . O vaxtdan bəri onun qrupu yüksək performanslı istilik interfeysləri və soyutma üçün bor arsenidini birləşdirən qallium nitrid cihazlarını nümayiş etdirib və bu da materialın yeni nəsil yarımkeçirici texnologiya üçün vədini vurğulayır. Materialın qeyri-adi dərəcədə zəif fonon səpələnməsi dalğa kimi istilik ötürülməsinin otaq temperaturunda davam etməsinə imkan verir.

Müşahidə edilən istilik nümunələri nəzəri hesablamalarla üst-üstə düşdü və fononların səpələnmədən əvvəl qeyri-adi dərəcədə uzun məsafələrə gedə biləcəyini təsdiqlədi – bu da otaq temperaturunda bu dalğaya bənzər davranışı təmin edən əsas amildir.

Tədqiqatın digər müəllifləri arasında UCLA Samueli-dəki Hu-nun H-Lab-ın hazırkı və ya keçmiş aspirantları olan Man Li, Huan Wu, Zihao Qin, Chuanjin Su və Huu Duy Nguyen də var.