Overraskende varmeoverførselsadfærd set i ny halvleder under tryk

Materialers varmeledningsevne øges normalt, når de udsættes for meget høje tryk. Men forskere ved University of California, Los Angles (UCLA) har fundet ud af, at det modsatte er tilfældet for borarsenid - en nyopdaget halvleder, der viser meget lovende for varmestyringsapplikationer og avancerede elektroniske enheder. Fundet kan ændre den måde, vi tænker på varmetransport under ekstreme forhold, som dem der findes i Jordens indre, hvor direkte målinger er umulige.

Forskerne, anført af Yongjie Hupåført hydrostatisk tryk på borarsenidprøver placeret mellem to diamanter i en amboltcelle. De undersøgte derefter, hvordan de atomare vibrationer i krystalgitteret (fononer, den vigtigste måde, hvorpå varme føres gennem materialer) ændrede sig med stigende tryk på op til 32 GPa. For at gøre dette brugte de en række ultrahurtige optiske målinger, herunder Raman-spektroskopi og uelastisk røntgenspredning. Holdet fandt ud af, at ved ekstremt højt tryk - hundredvis af gange højere end det, der findes på bunden af ​​havet - begynder borarsenids varmeledningsevne at falde.

Hu og kolleger, som rapporterer deres arbejde i Natur, tilskriver den unormale højtryksadfærd, de observerede, til en mulig interferens forårsaget af de konkurrerende måder, hvorpå varme bevæger sig gennem borarsenidkrystallen, når trykket stiger. I dette tilfælde er konkurrencen mellem tre-fonon og fire-fonon spredningsprocesser. I de fleste almindelige materialer observeres den modsatte effekt: Når trykket presser atomer tættere sammen, bevæger varmen sig hurtigere gennem strukturen atom for atom.

En mekanisme til et indvendigt termisk vindue

Resultaterne tyder også på, at materialers varmeledningsevne kan nå et maksimum efter et tærskeltrykområde. "Vi er meget begejstrede for at se dette fund bryde den generelle regel for varmeoverførsel under ekstreme forhold, og det peger på nye fundamentale muligheder," fortæller Hu Fysik verden, "Undersøgelsen kan også påvirke vores etablerede forståelse af dynamisk adfærd, såsom for planeternes indre. Der kan endda være konsekvenser for udforskning af det ydre rum og klimaændringer."

Langlivede varme elektroner spottet i 'vidunder' halvleder

Hus kollega, medforfatter Abby Kavner tilføjer, "Hvis det er relevant for planetariske interiører, kan vores resultater foreslå en mekanisme for et internt 'termisk vindue' - et indre lag i planeten, hvor varmestrømmens mekanismer er forskellige fra dem under og over den."

Der kan være andre materialer, der oplever det samme fænomen under ekstreme forhold, der bryder de klassiske regler, siger Hu. De nye resultater kan faktisk hjælpe med udviklingen af ​​nye materialer til smarte energisystemer med indbyggede "trykvinduer", så systemet kun tænder inden for et bestemt trykområde, før det automatisk slukker efter at have nået et maksimalt trykpunkt.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Bliv forstærket i dag.
• Platoblokkæde. Web3 Metaverse Intelligence. Viden forstærket. Adgang her.
• Kilde: https://physicsworld.com/a/surprising-heat-transfer-behaviour-seen-in-new-semiconductor-under-pressure/