Fazonele sporesc conductivitatea termică a cristalelor necomensurate

Noi perspective asupra comportamentului termic exotic al fazonilor – cvasiparticule care pot fi găsite în cristale necomensurate – au fost obținute de fizicienii din SUA. Experimente realizate de 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.

Fazonele sunt cvasiparticule asemănătoare fononilor care apar din mișcările colective ale atomilor din cristale necomensurate. Acestea sunt materiale care pot fi descrise folosind două sau mai multe subrețele, în care rapoartele dintre distanțele periodice ale subrețelelor nu sunt numere întregi. Crearea și propagarea unui fazon implică o schimbare a orientării (sau fazei) relativă a subrețelelor, de unde și denumirea cvasiparticulei.

În materialele cristaline, cvasiparticulele numite fononi sunt create atunci când energia depusă în material face ca atomii să vibreze. Fononii pot călători apoi prin zăbrele, purtând căldură cu ei. Ca rezultat, fononii joacă un rol în modul în care căldura este transferată în materiale - în special în izolatoarele în care puțină căldură este condusă de electroni.

De ceva timp, fizicienii au prezis că fazonii ar trebui să joace un rol cheie în îmbunătățirea fluxului de căldură prin cristale necomensurate. Într-adevăr, spre deosebire de fononi, fazonii pot călători mai repede decât viteza sunetului în interiorul materialelor și ar trebui să se împrăștie mai puțin decât fononii - ambii ar trebui să-și îmbunătățească abilitățile de transportare a căldurii.

Vieți necunoscute

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.

Pentru a explora aceste proprietăți, echipa lui Manley a examinat un cristal necomensurat numit fresnoit. Ei au efectuat experimente de împrăștiere a neutronilor inelastici folosind HYSPEC spectrometru pe Oak Ridge's Sursa de neutroni de spalație (Vezi figura). Neutronii sunt o sondă ideală pentru un astfel de studiu, deoarece interacționează atât cu fazoni, cât și cu fononi. Echipa a făcut și măsurători ale conductivității termice a materialului. Experimentele lor au confirmat că fazonii au o contribuție majoră la fluxul de căldură prin fresnoite. Într-adevăr, au descoperit că contribuția fazonilor la conductibilitatea termică a materialului este de aproximativ 2.5 ori mai mare decât cea a fononilor la temperatura camerei.

Cvasicristalele mari, fără defecte, ar putea fi făcute prin „autovindecare”

Echipa a descoperit că calea liberă medie a fazonului este de aproximativ trei ori mai lungă decât calea liberă medie a fononului - pe care o raportează la viteza supersonică a fazonilor. Mai mult, contribuția fazonului la conductivitatea termică a fresnoitei atinge vârfurile aproape de temperatura camerei, care este mult mai mare decât temperatura la care contribuția fononului atinge vârfurile.

Manley și colegii lor speră că descoperirile lor ar putea deschide noi oportunități pentru fresnoite și alte cristale necomensurate în aplicațiile avansate de gestionare a căldurii și control al temperaturii. Materialele ar putea folosi chiar și în circuitele logice termice, care ar putea transmite informații prin fluxul de căldură. Dacă sunt integrate cu electronica convențională, astfel de sisteme hibride ar putea fi folosite pentru a recicla căldura pierdută prin disipare, sporind astfel eficiența sistemelor de calcul moderne.

Cercetarea este descrisă în Scrisori de recenzie fizică.

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• Sursa: https://physicsworld.com/a/phasons-boost-thermal-conductivity-of-incommensurate-crystals/