Phason meningkatkan konduktivitas termal dari kristal yang tidak sepadan

Wawasan baru tentang perilaku termal eksotis dari phason – quasiparticles yang dapat ditemukan dalam kristal yang tidak sepadan – telah diperoleh oleh fisikawan di AS. Eksperimen yang dilakukan oleh Michael Manley dan rekannya di Laboratorium Nasional Oak Ridge di Tennessee telah menunjukkan bagaimana kuasipartikel ini memainkan peran penting dalam mengangkut panas melalui bahan yang tidak biasa ini.

Fason adalah quasipartikel seperti fonon yang muncul dari gerakan kolektif atom dalam kristal yang tidak sepadan. Ini adalah bahan yang dapat dijelaskan menggunakan dua atau lebih subkisi, di mana rasio antara jarak periodik subkisi bukan bilangan bulat. Penciptaan dan perbanyakan fason melibatkan pergeseran orientasi relatif (atau fase) dari subkisi, oleh karena itu dinamakan kuasipartikel.

Dalam bahan kristalin, partikel semu yang disebut fonon tercipta ketika energi yang disimpan dalam bahan menyebabkan atom bergetar. Fonon kemudian dapat melakukan perjalanan melalui kisi, membawa panas bersama mereka. Akibatnya, fonon memainkan peran dalam bagaimana panas dipindahkan dalam bahan – khususnya pada isolator di mana sedikit panas dikonduksikan oleh elektron.

Untuk beberapa waktu, fisikawan telah meramalkan bahwa fason harus memainkan peran kunci dalam meningkatkan aliran panas melalui kristal yang tidak sepadan. Memang, tidak seperti fonon, phason dapat bergerak lebih cepat daripada kecepatan suara di dalam material dan harus menyebar lebih sedikit daripada fonon – keduanya harus meningkatkan kemampuan pembawa panasnya.

Seumur hidup tidak diketahui

Namun, kristal yang tidak sepadan jarang ditemukan di alam, sehingga beberapa karakteristik phason kunci masih kurang dipahami. Ini termasuk masa hidup quasipartikel dan, akibatnya, jarak rata-rata yang dapat mereka tempuh sebelum berhamburan satu sama lain.

Untuk mengeksplorasi sifat-sifat ini, tim Manley memeriksa kristal tak sepadan yang disebut fresnoite. Mereka melakukan eksperimen hamburan neutron inelastis menggunakan HISPEK spektrometer di Oak Ridge's Sumber Neutron Spalasi (lihat gambar). Neutron adalah penyelidikan yang ideal untuk studi semacam itu karena mereka berinteraksi dengan fason dan fonon. Tim juga melakukan pengukuran konduktivitas termal material. Eksperimen mereka menegaskan bahwa phason memberikan kontribusi besar pada aliran panas melalui fresnoite. Memang, mereka menemukan bahwa kontribusi fason terhadap konduktivitas termal material sekitar 2.5 kali lebih besar daripada fonon pada suhu kamar.

Quasicrystals yang besar dan bebas cacat dapat dibuat dengan 'penyembuhan sendiri'

Tim menemukan bahwa jalur bebas rata-rata phason sekitar tiga kali lebih panjang daripada jalur bebas rata-rata phonon – yang berhubungan dengan kecepatan supersonik phason. Selain itu, kontribusi phason pada puncak konduktivitas termal fresnoite mendekati suhu kamar, yang jauh lebih tinggi daripada suhu di mana kontribusi phonon memuncak.

Manley dan rekannya berharap penemuan mereka dapat membuka peluang baru untuk fresnoite dan kristal tak sepadan lainnya dalam aplikasi manajemen panas dan kontrol suhu tingkat lanjut. Bahan-bahan tersebut bahkan dapat digunakan dalam sirkuit logika termal, yang dapat menyampaikan informasi melalui aliran panas. Jika diintegrasikan dengan elektronik konvensional, sistem hibrid semacam itu dapat digunakan untuk mendaur ulang panas yang hilang melalui pembuangan, sehingga meningkatkan efisiensi sistem komputasi modern.

Penelitian tersebut dijelaskan dalam Physical Review Letters.

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• Platoblockchain. Intelijen Metaverse Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• Sumber: https://physicsworld.com/a/phasons-boost-thermal-conductivity-of-incommensurate-crystals/