圧力下で新しい半導体に見られる驚くべき熱伝達挙動

通常、材料の熱伝導率は、非常に高い圧力がかかると増加します。 しかし、カリフォルニア大学ロサンゼルス校の研究者 (カリフォルニア大学ロサンゼルス校（UCLA）) は、砒化硼素についてはその逆であることを発見しました。砒化硼素は、新たに発見された半導体であり、熱管理用途や高度な電子機器に大いに期待されています。 この発見は、直接測定が不可能な地球内部のような極端な条件下での熱輸送に関する私たちの考え方を変える可能性があります。

主導の研究者 フー・ヨンジェ、アンビルセル内の32つのダイヤモンドの間に配置されたヒ化ホウ素サンプルに静水圧を適用しました。 次に、結晶格子の原子振動 (フォノン、熱が材料を介して伝達される主な方法) が、最大 XNUMX GPa の圧力の増加に伴ってどのように変化するかを調べました。 これを行うために、彼らはラマン分光法や非弾性 X 線散乱など、さまざまな超高速光学測定を採用しました。 チームは、非常に高い圧力 (海底で見られる圧力の数百倍) で、ヒ化ホウ素の熱伝導率が低下し始めることを発見しました。

で研究を報告する胡と同僚 自然、 彼らが観察した異常な高圧挙動は、圧力が高まるにつれてヒ化ホウ素結晶を介して熱が移動する競合する方法によって引き起こされる可能性のある干渉に起因すると考えています。 この場合、競合は XNUMX フォノン散乱プロセスと XNUMX フォノン散乱プロセスの間です。 ほとんどの一般的な材料では、逆の効果が観察されます。圧力が原子を互いに近づけるにつれて、熱は構造内を原子ごとにより速く移動します。

内部サーマ​​ルウィンドウのメカニズム

また、この結果は、材料の熱伝導率が閾値圧力範囲の後に最大に達する可能性があることも示唆しています。 「この発見が極端な条件下での熱伝達の一般的なルールを破るのを見て非常に興奮しており、新しい基本的な可能性を示しています」とフーは言います。 物理学の世界、「この研究は、惑星の内部などの動的な行動についての確立された理解にも影響を与える可能性があります。 宇宙探査や気候変動への影響さえあるかもしれません。」

「不思議な」半導体に発見された長寿命のホットエレクトロン

Hu の同僚、共著者 アビー・カブナー 「惑星の内部に適用できる場合、私たちの調査結果は、内部の「熱の窓」のメカニズムを示唆している可能性があります。これは、熱の流れのメカニズムがその上下のものとは異なる惑星内の内部層です。」

古典的なルールを破る極端な条件下で同じ現象を経験する他の材料があるかもしれない、とフーは言う. 実際、この新しい発見は、システムが特定の圧力範囲内でのみオンになり、最大圧力ポイントに達した後に自動的にオフになるように、組み込みの「圧力ウィンドウ」を備えたスマートエネルギーシステムの新しい材料の開発に役立つ可能性があります。

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• 情報源： https://physicsworld.com/a/surprising-heat-transfer-behaviour-seen-in-new-semiconductor-under-pressure/