फासन्स असंगत क्रिस्टल की तापीय चालकता को बढ़ाते हैं

फेसन्स के विदेशी थर्मल व्यवहार में नई अंतर्दृष्टि - क्वासिपार्टिकल्स जो असंगत क्रिस्टल में पाए जा सकते हैं - अमेरिका में भौतिकविदों द्वारा प्राप्त किए गए हैं। द्वारा किए गए प्रयोग माइकल मैनली और टेनेसी में ओक रिज नेशनल लेबोरेटरी के सहकर्मियों ने दिखाया है कि कैसे ये क्वासिपार्टिकल्स इन असामान्य सामग्रियों के माध्यम से गर्मी के परिवहन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।

फेसन्स फोनन-जैसे क्वासिपार्टिकल्स हैं जो असंगत क्रिस्टल में परमाणुओं की सामूहिक गति से उत्पन्न होते हैं। ये ऐसी सामग्रियां हैं जिन्हें दो या दो से अधिक उप-वर्गों का उपयोग करके वर्णित किया जा सकता है, जहां उप-वर्गों के आवधिक अंतराल के बीच अनुपात पूर्णांक नहीं होते हैं। फ़ैसन के निर्माण और प्रसार में सबलेटिस के सापेक्ष अभिविन्यास (या चरण) में बदलाव शामिल है, इसलिए क्वासिपार्टिकल का नाम।

क्रिस्टलीय सामग्रियों में, क्वासिपार्टिकल्स जिन्हें फोनन कहा जाता है, तब बनते हैं जब सामग्री में जमा ऊर्जा परमाणुओं को कंपन करने का कारण बनती है। फोनोन तब जाली के माध्यम से यात्रा कर सकते हैं, उनके साथ गर्मी ले जा सकते हैं। नतीजतन, फोनन एक भूमिका निभाते हैं कि सामग्री में गर्मी कैसे स्थानांतरित की जाती है - विशेष रूप से इन्सुलेटर में जहां इलेक्ट्रॉनों द्वारा थोड़ी सी गर्मी आयोजित की जाती है।

कुछ समय के लिए, भौतिकविदों ने भविष्यवाणी की है कि असंगत क्रिस्टल के माध्यम से गर्मी के प्रवाह को बढ़ाने में फासन्स को महत्वपूर्ण भूमिका निभानी चाहिए। वास्तव में, फ़ोनों के विपरीत, फ़ैसन सामग्री के अंदर ध्वनि की गति से तेज़ी से यात्रा कर सकते हैं और फोनोन से कम बिखरना चाहिए - दोनों को अपनी गर्मी-वहन क्षमता में वृद्धि करनी चाहिए।

अज्ञात जीवनकाल

हालाँकि, असंगत क्रिस्टल प्रकृति में दुर्लभ हैं, इसलिए कई प्रमुख फ़ेज़ॉन विशेषताओं को अभी भी कम समझा जाता है। इसमें क्वासिपार्टिकल्स का जीवनकाल और परिणामस्वरूप, एक दूसरे से बिखरने से पहले वे जो औसत दूरी तय कर सकते हैं वह शामिल है।

इन गुणों का पता लगाने के लिए, मैनले की टीम ने फ्रेस्नोइट नामक एक असंगत क्रिस्टल की जांच की। उन्होंने का उपयोग करते हुए अप्रत्यास्थ न्यूट्रॉन प्रकीर्णन प्रयोग किए हाइस्पेक ओक रिज पर स्पेक्ट्रोमीटर स्पैलेशन न्यूट्रॉन स्रोत (रेखा - चित्र देखें)। इस तरह के अध्ययन के लिए न्यूट्रॉन एक आदर्श जांच हैं क्योंकि वे फेसन और फोनन दोनों के साथ बातचीत करते हैं। टीम ने सामग्री की तापीय चालकता का भी मापन किया। उनके प्रयोगों ने पुष्टि की कि फ़ैसन फ़्रेस्नोइट के माध्यम से गर्मी के प्रवाह में एक बड़ा योगदान देते हैं। वास्तव में, उन्होंने पाया कि सामग्री की तापीय चालकता में फासन्स का योगदान कमरे के तापमान पर फ़ोनों की तुलना में लगभग 2.5 गुना अधिक है।

बड़े, दोष-मुक्त क्वासिक क्रिस्टल 'सेल्फ-हीलिंग' द्वारा बनाए जा सकते हैं

टीम ने पाया कि फासन माध्य मुक्त पथ, फोनन माध्य मुक्त पथ से लगभग तीन गुना लंबा है - जो वे फेसन की सुपरसोनिक गति से संबंधित हैं। इसके अलावा, फ्रेस्नोइट की तापीय चालकता में फासन का योगदान कमरे के तापमान के करीब होता है, जो उस तापमान से बहुत अधिक होता है जिस पर फोनन का योगदान चरम पर होता है।

मैनली और उनके सहयोगियों को उम्मीद है कि उनकी खोज उन्नत ताप प्रबंधन और तापमान नियंत्रण अनुप्रयोगों में फ्रेस्नोइट और अन्य असंगत क्रिस्टल के लिए नए अवसर खोल सकती है। सामग्री थर्मल लॉजिक सर्किट में उपयोग भी देख सकती है, जो गर्मी के प्रवाह के माध्यम से जानकारी दे सकती है। यदि पारंपरिक इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ एकीकृत किया जाता है, तो ऐसे हाइब्रिड सिस्टम का उपयोग अपव्यय के माध्यम से खोई हुई गर्मी को रीसायकल करने के लिए किया जा सकता है, जिससे आधुनिक कंप्यूटिंग सिस्टम की दक्षता में वृद्धि होती है।

में अनुसंधान वर्णित है फिजिकल रिव्यू लेटर्स.

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• स्रोत: https://physicsworld.com/a/phasons-boost-thermal-conductivity-of-incommensurate-crystals/