Phasons는 부적합한 결정의 열전도도를 향상시킵니다.

미국의 물리학자들은 phasons(불량 결정에서 발견할 수 있는 준입자)의 특이한 열 거동에 대한 새로운 통찰력을 얻었습니다. 에 의해 수행된 실험 마이클 맨리 테네시주 오크리지 국립연구소(Oak Ridge National Laboratory)의 동료들은 이러한 준입자가 이러한 특이한 물질을 통해 열을 전달하는 데 어떻게 중요한 역할을 하는지를 보여주었습니다.

Phasons는 부적합한 결정에서 원자의 집단 운동에서 발생하는 포논 유사 준 입자입니다. 이들은 두 개 이상의 부격자를 사용하여 설명할 수 있는 재료이며 부격자의 주기적인 간격 사이의 비율은 정수가 아닙니다. 위상의 생성 및 전파는 부격자의 상대적인 방향(또는 위상)의 이동을 포함하므로 준입자의 이름이 됩니다.

결정질 물질에서 포논이라고 하는 준입자는 물질에 축적된 에너지로 인해 원자가 진동할 때 생성됩니다. 그런 다음 포논은 격자를 통해 이동하여 열을 전달할 수 있습니다. 그 결과, 포논은 재료, 특히 전자에 의해 열이 거의 전도되지 않는 절연체에서 열이 전달되는 방식에 중요한 역할을 합니다.

얼마 동안 물리학자들은 위상이 부적합한 결정을 통해 열의 흐름을 향상시키는 데 중요한 역할을 해야 한다고 예측했습니다. 실제로 포논과 달리 파손은 물질 내부의 음속보다 빠르게 이동할 수 있고 포논보다 덜 산란해야 합니다. 둘 다 열 전달 능력을 향상시켜야 합니다.

알 수 없는 수명

그러나 크기가 맞지 않는 결정은 본질적으로 드물기 때문에 몇 가지 주요 페이손 특성은 여전히 ​​잘 이해되지 않습니다. 여기에는 준입자의 수명과 결과적으로 서로 흩어지기 전에 이동할 수 있는 평균 거리가 포함됩니다.

이러한 특성을 탐구하기 위해 Manley의 팀은 프레즈노이트(fresnoite)라고 하는 부적합한 수정을 조사했습니다. 그들은 다음을 사용하여 비탄성 중성자 산란 실험을 수행했습니다. 하이스펙 Oak Ridge의 분광계 파쇄 중성자 소스 (그림 참조). 중성자는 페이슨과 포논 모두와 상호 작용하기 때문에 이러한 연구에 이상적인 프로브입니다. 팀은 또한 재료의 열전도도를 측정했습니다. 그들의 실험은 위상이 프레즈노이트를 통한 열의 흐름에 주요한 기여를 한다는 것을 확인했습니다. 실제로 그들은 재료의 열전도도에 대한 파손의 기여가 실온에서 포논보다 약 2.5배 더 크다는 것을 발견했습니다.

크고 결함이 없는 준결정은 '자가 치유'로 만들 수 있습니다.

팀은 위상 평균 자유 경로가 포논 평균 자유 경로보다 약 XNUMX배 더 길다는 것을 발견했습니다. 이는 위상의 초음속 속도와 관련이 있습니다. 또한, 프레즈노이트의 열전도도에 대한 페이슨 기여도는 포논 기여도가 피크가 되는 온도보다 훨씬 더 높은 실온 부근에서 피크를 이룹니다.

Manley와 동료들은 그들의 발견이 고급 열 관리 및 온도 제어 응용 분야에서 프레즈노이트 및 기타 부적합한 결정에 대한 새로운 기회를 열 수 있기를 희망합니다. 이 재료는 열의 흐름을 통해 정보를 전달할 수 있는 열 논리 회로에서도 사용할 수 있습니다. 기존 전자 장치와 통합되면 이러한 하이브리드 시스템을 사용하여 소산을 통해 손실된 열을 재활용하여 현대 컴퓨팅 시스템의 효율성을 높일 수 있습니다.

연구는 다음에 설명되어 있습니다. 피지컬 리뷰 레터스 (Physical Review Letters).

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