تعزز المراحل التوصيل الحراري للبلورات غير المتكافئة

اكتسب علماء الفيزياء في الولايات المتحدة رؤى جديدة حول السلوك الحراري الغريب للطور - أشباه الجسيمات التي يمكن العثور عليها في بلورات غير متكافئة. تم إجراء التجارب بواسطة مايكل مانلي وقد أظهر وزملاؤه في مختبر أوك ريدج الوطني في تينيسي كيف تلعب أشباه الجسيمات دورًا مهمًا في نقل الحرارة عبر هذه المواد غير العادية.

الفازونات هي أشباه جسيمات تشبه الفونون تنشأ من الحركات الجماعية للذرات في بلورات غير متكافئة. هذه هي المواد التي يمكن وصفها باستخدام شبكتين فرعيتين أو أكثر ، حيث لا تكون النسب بين المسافات الدورية للشرائح الفرعية أعدادًا صحيحة. يتضمن إنشاء وانتشار الجسيم تحولًا في الاتجاه النسبي (أو الطور) للشرائح الفرعية ، ومن هنا جاء اسم شبه الجسيم.

في المواد البلورية ، تتشكل أشباه الجسيمات التي تسمى الفونونات عندما تتسبب الطاقة المترسبة في المادة في اهتزاز الذرات. يمكن أن تنتقل الفونونات بعد ذلك عبر الشبكة ، حاملة معها الحرارة. نتيجة لذلك ، تلعب الفونونات دورًا في كيفية نقل الحرارة في المواد - خاصة في العوازل حيث يتم توصيل القليل من الحرارة بواسطة الإلكترونات.

لبعض الوقت ، تنبأ الفيزيائيون بأن الأطوار يجب أن تلعب دورًا رئيسيًا في تعزيز تدفق الحرارة من خلال بلورات غير متكافئة. في الواقع ، على عكس الفونونات ، يمكن أن تنتقل الأطوار أسرع من سرعة الصوت داخل المواد ويجب أن تشتت أقل من الفونونات - وكلاهما يجب أن يعزز قدراتهم على حمل الحرارة.

عمر غير معروف

ومع ذلك، فإن البلورات غير المتناسبة نادرة في الطبيعة، لذلك لا تزال العديد من خصائص الطور الرئيسية غير مفهومة جيدًا. يتضمن ذلك عمر أشباه الجسيمات، وبالتالي متوسط ​​المسافة التي يمكن أن تقطعها قبل أن تتشتت بعضها البعض.

لاستكشاف هذه الخصائص ، فحص فريق مانلي بلورة غير متكافئة تسمى فريسنويت. أجروا تجارب نثر النيوترونات غير المرنة باستخدام هايسبيك مطياف على أوك ريدج مصدر التشظي النيوتروني (أنظر للشكل). تعتبر النيوترونات مسبارًا مثاليًا لمثل هذه الدراسة لأنها تتفاعل مع كل من الفسونات والفونونات. أجرى الفريق أيضًا قياسات للتوصيل الحراري للمادة. أكدت تجاربهم أن الفاسون يساهم بشكل كبير في تدفق الحرارة عبر الفريسنويت. في الواقع ، وجدوا أن مساهمة الأطوار في التوصيل الحراري للمادة أكبر بحوالي 2.5 مرة من مساهمة الفونونات في درجة حرارة الغرفة.

يمكن صنع البلورات شبه البلورية الكبيرة الخالية من العيوب من خلال "الشفاء الذاتي"

وجد الفريق أن phason يعني المسار الحر أطول بحوالي ثلاث مرات من phonon يعني المسار الحر - والتي ترتبط بالسرعة الأسرع من الصوت للراحلة. علاوة على ذلك ، فإن مساهمة الفارسون في التوصيل الحراري للفريسنويت تبلغ ذروتها بالقرب من درجة حرارة الغرفة ، وهي أعلى بكثير من درجة الحرارة التي تصل فيها مساهمة الفونون إلى ذروتها.

يأمل مانلي وزملاؤه أن تفتح اكتشافاتهم فرصًا جديدة لفرزنويت وبلورات أخرى غير متكافئة في تطبيقات الإدارة المتقدمة للحرارة والتحكم في درجة الحرارة. يمكن حتى استخدام المواد في الدوائر المنطقية الحرارية ، والتي يمكن أن تنقل المعلومات عبر تدفق الحرارة. إذا تم دمج هذه الأنظمة الهجينة مع الإلكترونيات التقليدية ، فيمكن استخدامها لإعادة تدوير الحرارة المفقودة من خلال التبديد ، وبالتالي تعزيز كفاءة أنظمة الحوسبة الحديثة.

تم وصف البحث في استعراض للحروف البدنية.

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• بلاتوبلوكشين. Web3 Metaverse Intelligence. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/phasons-boost-thermal-conductivity-of-incommensurate-crystals/