A fazonok növelik az aránytalan kristályok hővezető képességét

Az Egyesült Államok fizikusai új betekintést nyertek a fazonok egzotikus termikus viselkedésébe – az aránytalan kristályokban található kvázi részecskékbe. által végzett kísérletek Michael Manley and colleagues at Oak Ridge National Laboratory in Tennessee have shown how these quasiparticles play an in important role in transporting heat through these unusual materials.

A fazonok fononszerű kvázirészecskék, amelyek az atomok kollektív mozgásából származnak aránytalan kristályokban. Ezek olyan anyagok, amelyek két vagy több részrács segítségével írhatók le, ahol a részrácsok periodikus térközei közötti arányok nem egészek. A fazon létrehozása és terjedése az alrácsok relatív orientációjának (vagy fázisának) eltolódásával jár, innen ered a kvázirészecske neve.

A kristályos anyagokban kvázi részecskék, úgynevezett fononok keletkeznek, amikor az anyagban lerakódott energia az atomokat rezgésbe hozza. A fononok ezután áthaladhatnak a rácson, és magukkal hordozhatják a hőt. Ennek eredményeként a fononok szerepet játszanak az anyagok hőátadásában – különösen a szigetelőkben, ahol az elektronok kevés hőt vezetnek.

A fizikusok egy ideje azt jósolták, hogy a fazonoknak kulcsszerepet kell játszaniuk az aránytalan kristályokon keresztüli hőáramlás fokozásában. Valójában a fononokkal ellentétben a fazonok gyorsabban tudnak haladni, mint a hangsebesség az anyagok belsejében, és kevesebbet kell szórniuk, mint a fononoknak – mindkettő javítja hőhordozó képességüket.

Ismeretlen életek

However, incommensurate crystals are rare in nature, so several key phason characteristics are still poorly understood. This includes the lifetimes of the quasiparticles and, consequently, the average distance they can travel before scattering off each other.

E tulajdonságok feltárása érdekében Manley csapata egy fresnoite nevű, aránytalan kristályt vizsgált meg. Rugalmatlan neutronszórási kísérleteket végeztek a HYSPEC spektrométer az Oak Ridge-en Spallation neutron forrás (lásd az ábrát). A neutronok ideális szondák egy ilyen vizsgálathoz, mivel kölcsönhatásba lépnek a fazonokkal és a fononokkal is. A csapat az anyag hővezető képességét is mérte. Kísérleteik megerősítették, hogy a fazonok jelentős mértékben hozzájárulnak a fresnoite-on keresztüli hőáramláshoz. Valójában azt találták, hogy a fazonok hozzájárulása az anyag hővezető képességéhez körülbelül 2.5-szer nagyobb, mint a fononoké szobahőmérsékleten.

Nagy, hibamentes kvázikristályok állíthatók elő „öngyógyítással”

A csapat azt találta, hogy a phason átlagos szabad útja körülbelül háromszor hosszabb, mint a fonon átlagos szabad útja – ami a fazonok szuperszonikus sebességéhez kapcsolódik. Ezenkívül a fresnoite hővezető képességéhez való fazon hozzájárulása a szobahőmérséklethez közel tetőzik, ami sokkal magasabb, mint az a hőmérséklet, amelyen a fonon hozzájárulása tetőzik.

Manley és munkatársai remélik, hogy felfedezéseik új lehetőségeket nyithatnak a fresnoite és más aránytalan kristályok számára a fejlett hőkezelési és hőmérséklet-szabályozási alkalmazásokban. Az anyagok akár termikus logikai áramkörökben is használhatók, amelyek a hőáramláson keresztül információt közvetíthetnek. Ha a hagyományos elektronikával integrálják, az ilyen hibrid rendszerek felhasználhatók a disszipáció során elvesztett hő újrahasznosítására, ezáltal növelve a modern számítástechnikai rendszerek hatékonyságát.

A kutatás leírása a Fizikai áttekintés betűk.

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• Platoblockchain. Web3 metaverzum intelligencia. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://physicsworld.com/a/phasons-boost-thermal-conductivity-of-incommensurate-crystals/