Удивительное поведение теплопередачи в новом полупроводнике под давлением

Теплопроводность материалов обычно увеличивается, когда они подвергаются очень высокому давлению. Но исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) обнаружили, что противоположное верно для арсенида бора — недавно открытого полупроводника, который показывает большие перспективы для приложений управления теплом и передовых электронных устройств. Открытие может изменить наши представления о переносе тепла в экстремальных условиях, например, в недрах Земли, где прямые измерения невозможны.

Исследователи во главе с Юнцзе Ху, приложили гидростатическое давление к образцам арсенида бора, помещенным между двумя алмазами в наковальне. Затем они исследовали, как колебания атомов кристаллической решетки (фононы, основной способ переноса тепла через материалы) изменялись при повышении давления до 32 ГПа. Для этого они использовали различные измерения сверхбыстрой оптики, включая спектроскопию комбинационного рассеяния и неупругое рентгеновское рассеяние. Команда обнаружила, что при чрезвычайно высоком давлении — в сотни раз превышающем давление на дне океана — теплопроводность арсенида бора начинает снижаться.

Ху и его коллеги, которые сообщают о своей работе в природа, приписывают наблюдаемое ими аномальное поведение высокого давления возможному вмешательству, вызванному конкурирующими способами прохождения тепла через кристалл арсенида бора по мере роста давления. В этом случае конкуренция идет между трехфононным и четырехфононным процессами рассеяния. В большинстве распространенных материалов наблюдается противоположный эффект: по мере того как давление сжимает атомы ближе друг к другу, тепло проходит через структуру быстрее, атом за атомом.

Механизм внутреннего теплового окна

Результаты также свидетельствуют о том, что теплопроводность материалов может достигать максимума после порогового диапазона давлений. «Мы очень рады видеть, что это открытие нарушает общее правило теплопередачи в экстремальных условиях и указывает на новые фундаментальные возможности», — говорит Ху. Мир физики«Исследование может также повлиять на наше устоявшееся понимание динамического поведения, например, внутренних частей планет. Это может даже иметь последствия для исследования космоса и изменения климата».

В «чудесном» полупроводнике обнаружены долгоживущие горячие электроны

Коллега Ху, соавтор Эбби Кавнер добавляет: «Если применимо к недрам планет, наши результаты могут указывать на механизм внутреннего «теплового окна» — внутреннего слоя внутри планеты, где механизмы теплового потока отличаются от тех, что ниже и выше».

По словам Ху, могут быть и другие материалы, испытывающие то же явление в экстремальных условиях, которые нарушают классические правила. Действительно, новые результаты могут помочь в разработке новых материалов для интеллектуальных энергетических систем со встроенными «окнами давления», чтобы система включалась только в определенном диапазоне давления, а затем автоматически отключалась после достижения точки максимального давления.

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• Платоблокчейн. Интеллект метавселенной Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• Источник: https://physicsworld.com/a/surprising-heat-transfer-behaviour-seen-in-new-semiconductor-under-pressure/