Bərk materialların içərisində istiliyin səmərəli idarə olunması daha sürətli və daha etibarlı elektronikanın inkişafı üçün vacibdir. İndiyə qədər fonon fokuslanması adlanan dalğa əsaslı istilik daşınması forması yalnız son dərəcə aşağı kriogen temperaturlarda müşahidə olunurdu ki, bu da onun öyrənilməsini çətinləşdirir və potensial tətbiqlərini məhdudlaşdırırdı.

UCLA Samueli Mühəndislik Məktəbinin tədqiqatçıları artıq göstəriblər ki, istilik daşıyan və kvant davranışını göstərən atom titrəmələri olan fononlar otaq temperaturunda materialdan konsentrat, şüa formalı yollarla hərəkət edə bilər. İstilik hər istiqamətdə bərabər şəkildə yayılmaq əvəzinə, kristalın quruluşu ilə müəyyən edilmiş yolları izləyə bilər. Bu kəşf qabaqcıl elektronika və kvant texnologiyalarında istiliyi idarə etməyin yeni yollarına yol aça bilər.

Bor Arsenidi vasitəsilə İstiliyin Yonaldırılması

“Nature Physics” jurnalında dərc olunmuş tədqiqata UCLA Samueli-də mexaniki və aerokosmik mühəndislik professoru Yongjie Hu rəhbərlik edib. Onun komandası otaq temperaturunda fononun yüksək istilik keçiriciliyi ilə tanınan kristal yarımkeçirici olan bor arsenidində fokuslandığını müşahidə edib.

Bor arsenidi kimi materiallar mühəndislərə istiliyin yayılmasını gözləyib sonra onu çıxarmağa çalışmaq əvəzinə, nanoskal dəqiqliklə planlaşdırılmış marşrutlar boyunca istiqamətləndirməyə imkan verə bilər. Proses prinsipcə optik liflərin işığı idarə olunan bir yol boyunca ötürmə üsuluna bənzəyir.

Bu davranışı müşahidə etmək üçün tədqiqatçılar nanoskalada temperaturun xəritələşdirilməsi üçün bir texnika yaratdılar. Ənənəvi materiallarda istilik dairəvi naxışlar şəklində xaricə yayılırdı ki, bu da normal diffuziv istilik keçiriciliyi ilə uyğun gəlir. Bor arsenidi çox fərqli bir nəticə verdi. Temperatur xəritələri kristalda müəyyən istiqamətlərlə uyğunlaşdırılmış fərqli şüa formalı naxışlar aşkar etdi.

Kristal Quruluş Formaları İstilik Axını

Tədqiqatçılar həmçinin kristalın istiqaməti dəyişdikdə istilik axınının modelini proqnozlaşdırıla bilən şəkildə dəyişdiyini aşkar etdilər. Bor arsenidin müxtəlif müstəviləri altı, səkkiz və dördqat fokuslanma modelləri yaratdı.

Bu kvant fonon davranışı bir mikrometr məsafələrində aşkar edilə bilən olaraq qaldı və onlarla mikrometrə qədər uzana bilər. Bu diapazon bir çox müasir elektron, fotonik və kvant cihazlarında faydalı olacaq qədər böyükdür.

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.”

Süni intellekt və kvant cihazları üçün potensial üstünlüklər

Atom səviyyəsində istiliyi idarə etmək qabiliyyəti süni intellekt aparatlarında, mikroelektron cihazlarda, aerokosmik sistemlərdə və digər elektronikada əsas məhdudiyyətlərin aradan qaldırılmasına kömək edə bilər. Həddindən artıq istiləşmə bütün bu texnologiyalarda performansı, etibarlılığı və miqyaslanmanı azalda bilər.

Hu bildirib ki, bu kəşf fononların elektronlar və digər enerji daşıyıcıları ilə qarşılıqlı təsirini tənzimləməyə də imkan yarada bilər. Bu imkan kvant informasiya sistemlərində və sensor texnologiyalarında gələcək irəliləyişləri dəstəkləyə bilər.

Fononların fokuslanmasının əvvəlki müşahidələri əsasən mütləq sıfırdan bir neçə dərəcə yuxarı temperaturla məhdudlaşırdı. Bu şərtlər altında fononlar çox səpələnmədən uzun məsafələrə gedə bilirlər. Otaq temperaturunda fononlar ümumiyyətlə daha tez-tez səpələnir və dalğa əsaslı nəqliyyat üçün lazım olan koherentliyi tez itirir və bu da istiliyin adi diffuziya vasitəsilə yayılmasına səbəb olur.

Bor Arsenidinin Fərqliliyinin Nədir?

Yeni tapıntılar Hunun 2018-ci ildə bor arsenidinin eksperimental kəşfi ilə bağlı əvvəlki işinə əsaslanır. O vaxtdan bəri, onun qrupu soyutma üçün bor arsenidini özündə birləşdirən yüksək performanslı istilik interfeysləri və qallium nitrid cihazları hazırlamışdır. Bu nəticələr materialın yeni nəsil yarımkeçirici sistemlər üçün potensialını vurğulamışdır.

Bor arsenidi qeyri-adi dərəcədə zəif fonon səpələnməsini yaşayır ki, bu da dalğa əsaslı istilik nəqlinin otaq temperaturunda belə davam etməsinə imkan verir.

Təcrübələrdə müşahidə edilən istilik nümunələri nəzəri hesablamalarla çox üst-üstə düşdü. Bu razılaşma materialdakı fononların səpələnməzdən əvvəl qeyri-adi dərəcədə uzun məsafələrə gedə biləcəyini təsdiqlədi və bu da dalğa əsaslı davranışın otaq temperaturunda yaşamasının əsas səbəbidir.

Tədqiqatın digər müəllifləri arasında UCLA Samueli-dəki Hu’s H Laboratoriyasında təhsil alan və ya təhsilini davam etdirən Man Li, Huan Wu, Zihao Qin, Chuanjin Su və Huu Duy Nguyen də var.