Overraskende varmeoverføringsadferd sett i ny halvleder under trykk

Den termiske ledningsevnen til materialer øker vanligvis når de utsettes for svært høye trykk. Men forskere ved University of California, Los Angles (UCLA) har funnet ut at det motsatte er sant for borarsenid - en nyoppdaget halvleder som viser mye lovende for varmestyringsapplikasjoner og avanserte elektroniske enheter. Funnet kan endre måten vi tenker på varmetransport under ekstreme forhold, som de som finnes i jordens indre, hvor direkte målinger er umulige.

Forskerne, ledet av Yongjie Hu, påførte hydrostatisk trykk på borarsenidprøver plassert mellom to diamanter i en amboltcelle. De undersøkte deretter hvordan atomvibrasjonene til krystallgitteret (fononer, den viktigste måten varme føres gjennom materialer på) endret seg med økende trykk på opptil 32 GPa. For å gjøre dette brukte de en rekke ultraraske optikkmålinger, inkludert Raman-spektroskopi og uelastisk røntgenspredning. Teamet fant at ved ekstremt høyt trykk - hundrevis av ganger høyere enn det som finnes på bunnen av havet - begynner borarsenids varmeledningsevne å avta.

Hu og kolleger, som rapporterer arbeidet sitt i Natur, tilskriver den unormale høytrykksatferden de observerte til en mulig interferens forårsaket av de konkurrerende måtene varme beveger seg gjennom borarsenidkrystallen på når trykket øker. I dette tilfellet er konkurransen mellom tre-fonon og fire-fonon spredningsprosesser. I de fleste vanlige materialer observeres den motsatte effekten: ettersom trykk presser atomer nærmere hverandre, beveger varmen seg raskere gjennom strukturen, atom for atom.

En mekanisme for et innvendig termisk vindu

Resultatene tyder også på at den termiske ledningsevnen til materialer kan nå et maksimum etter et terskeltrykkområde. "Vi er veldig glade for å se dette funnet bryte den generelle regelen for varmeoverføring under ekstreme forhold, og det peker på nye grunnleggende muligheter," forteller Hu Fysikkens verden, "Studien kan også påvirke vår etablerte forståelse av dynamisk atferd, for eksempel for planetens indre. Det kan til og med være implikasjoner for utforskning av det ytre rom og klimaendringer.»

Langlivede varme elektroner oppdaget i "vidunder" halvleder

Hus kollega, medforfatter Abby Kavner legger til, "Hvis det er aktuelt for planetariske interiører, kan funnene våre foreslå en mekanisme for et internt 'termisk vindu' - et indre lag i planeten der mekanismene for varmestrøm er forskjellige fra de under og over den."

Det kan være andre materialer som opplever det samme fenomenet under ekstreme forhold som bryter de klassiske reglene, sier Hu. Faktisk kan de nye funnene hjelpe i utviklingen av nye materialer for smarte energisystemer med innebygde "trykkvinduer", slik at systemet bare slår seg på innenfor et visst trykkområde før det slår seg av automatisk etter å ha nådd et maksimalt trykkpunkt.

• SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
• Platoblokkkjede. Web3 Metaverse Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
• kilde: https://physicsworld.com/a/surprising-heat-transfer-behaviour-seen-in-new-semiconductor-under-pressure/