Tokio Universitetinin Sənaye Elmləri İnstitutunun tədqiqatçıları kristallarda istilik axınının istiqamətini idarə etmək üçün bir üsul hazırlayıblar. Bu miniatür cihaz sonda həddindən artıq istiləşmənin qarşısını almaq üçün elektron cihazlarda qabaqcıl istilik idarəetmə sistemləri yaratmaq üçün istifadə edilə bilər.

Elektron komponentlərin arzuolunmaz istiləşməsi bir çox cihazın işinə mane olur. Məsələn, silikon əsaslı kompüter çiplərinin işləmə sürəti və yaddaşı istiliyi effektiv şəkildə yaymaq qabiliyyətindən çox asılıdır. Təəssüf ki, yüksək tələbata baxmayaraq, istilik idarəetməsi çətin olaraq qalır.

Tədqiqat qrupu “Nature” jurnalında dərc olunmuş araşdırmalarında qrafit kristallarında istilik ötürülməsinə nəzarət etmək qabiliyyətini nümayiş etdirir . Onların yeni yanaşması maye dinamikasından tutmuş bərk hal kristallarında fononlara qədər anlayışları tətbiq edir. Məqalə “Hidrodinamik fonon nəqli ilə idarə olunan qrafit termal Tesla klapan” adlanır.

Fononlar qatılaşdırılmış maddədəki atomların və ya molekulların kollektiv vibrasiyası ilə xarakterizə olunan “kvazihissəciklər”dir. Kristallar atomların təkrarlanan nümunələrindən ibarətdir və material boyunca bərabər şəkildə düzülür.

“Kristaldakı bağlar, atomlar həyəcanlandıqda – məsələn, qızdırıldıqda yaylar kimi fəaliyyət göstərir. Bu “yalaqlar” daha sonra kristalda hərəkət edən bir dalğa və ya fonon meydana gətirərək vəhdətdə hərəkət edir”, – kitabın aparıcı müəllifi Xin Huang izah edir. öyrənmək.

Maraqlıdır ki, fononların bərk cisim kristallarından keçə bilməsinin yollarından biri “hidrodinamik fonon nəqli” kimi tanınan bir fenomendə mayelərin axını ilə heyrətamiz bir oxşarlıq daşıyır. Huang və əməkdaşları qrafitdə termal rektifikasiyanı həyata keçirmək üçün bu təsirdən istifadə etdilər.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=135&slotname=8188791252&adk=2329133447&adf=1857921027&pi=t.ma~as.8188791252&w=540&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1729103650&rafmt=11&format=540×135&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2024-10-tesla-method-graphite-crystals.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTUuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTI5LjAuNjY2OC4xMDEiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjEyOS4wLjY2NjguMTAxIl0sWyJOb3Q9QT9CcmFuZCIsIjguMC4wLjAiXSxbIkNocm9taXVtIiwiMTI5LjAuNjY2OC4xMDEiXV0sMF0.&dt=1729103236761&bpp=2&bdt=867&idt=110&shv=r20241014&mjsv=m202410150101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3D534c8786bf75d2ee%3AT%3D1729101614%3ART%3D1729103615%3AS%3DALNI_MbTHKZxl7gLOzTILa8TX13EitEOIw&gpic=UID%3D00000f0bc87df992%3AT%3D1729101614%3ART%3D1729103615%3AS%3DALNI_MaecMbMcxPwV-J3CvP8YQRtr_yFWw&eo_id_str=ID%3D225932ab59df61d0%3AT%3D1729101614%3ART%3D1729103615%3AS%3DAA-AfjYAtaJRoyFre-9Jvpoxw817&prev_fmts=0x0&nras=1&correlator=1711674289887&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=1&u_h=864&u_w=1536&u_ah=816&u_aw=1536&u_cd=24&u_sd=1.25&dmc=8&adx=395&ady=2026&biw=1519&bih=730&scr_x=0&scr_y=0&eid=44759875%2C44759926%2C44759837%2C31084128%2C31087795%2C31088128%2C42532524%2C44795921%2C95332923%2C95344189%2C95345271%2C31088101&oid=2&pvsid=413047143592269&tmod=520045854&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fsort%2Fdate%2Fall%2Fpage5.html&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1536%2C0%2C0%2C0%2C1536%2C730&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=0&td=1&tdf=0&psd=W251bGwsW251bGwsbnVsbCxudWxsLCJkZXByZWNhdGVkX2thbm9uIl0sbnVsbCwxXQ..&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=M

Onlar ilk olaraq 1920-ci illərdə Nikola Tesla tərəfindən dizayn edilmiş Tesla klapanlarından ilhamlanaraq konstruksiyalar hazırladılar. Teslanın “klapan kanalı” mayelərin bir istiqamətdə digərindən daha sürətli axmasına məcbur edə bilər. Bu konsepsiya, istiliyin daha bərabər şəkildə yayılmasına imkan verən bir kristalda fononlar vasitəsilə istilik axınına da tətbiq oluna bilər.

Materialın istilik keçirmə qabiliyyətini təsvir edən Tesla klapanının istilik keçiriciliyi 10 K ilə 300 K arasında bir sıra temperaturlarda ölçüldü. Onun asimmetrik dizaynı hidrodinamik fononların irəli istiqamətə maneəsiz daşınmasına imkan verir və axına müqavimət göstərir. tərs istiqamətdə. Düzəltmənin səmərəliliyi və ya “diodiklik” irəli və tərs istiqamətlər arasında istilik keçiriciliyinin nisbəti ilə verilir.

10 K aşağı temperaturda , diodite 1 dəyərinə sahib idi. Temperatur artdıqca, bu parametr 1,15 (45 K-da) maksimum dəyərə çatdı, bu da irəli istiqamətdə istilik axınının daha səmərəli olduğunu göstərir. Bu təsir 60 K-ə qədər aydın idi, lakin daha yüksək temperaturda fononun səpilməsinin təsiri hər iki istiqamətdə istilik keçiriciliyinin bərabərləşməsinə səbəb oldu.

Bu effektdən istifadə hal-hazırda həm aşağı temperatur rejimi, həm də hidrodinamik fonon daşınması nümayiş etdirən materiallar (silikon istisna olmaqla) ilə məhdudlaşır.

“Maraqlısı odur ki, nəzəri cəhətdən daha geniş temperatur diapazonunda, hətta otaq temperaturuna çatanda termal rektifikasiyaya nail olmaq üçün heç bir maneə yoxdur,” baş müəllif Masahiro Nomura deyir.

Kondensasiya olunmuş maddə fizikasında aparılan bu əsas tədqiqatdan əlavə, bu fenomen nəhayət geniş çeşiddə cihazlara tətbiq edilə bilər ki, bu da istehsalçılara smartfonlar, kompüterlər və LEDlər kimi elektron komponentlərin işini optimallaşdırmaq üçün qabaqcıl istilik idarəetmə sistemlərini inkişaf etdirməyə imkan verir.

Daha çox məlumat: Masahiro Nomura, Hidrodinamik fonon nəqli ilə idarə olunan qrafit termal Tesla klapan, Təbiət (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-08052-1 . www.nature.com/articles/s41586-024-08052-1

Jurnal məlumatı: Təbiət 

Tokio Universiteti tərəfindən təmin edilmişdir