พฤติกรรมการถ่ายเทความร้อนที่น่าแปลกใจที่พบในเซมิคอนดักเตอร์ใหม่ภายใต้ความกดดัน

ค่าการนำความร้อนของวัสดุมักจะเพิ่มขึ้นเมื่ออยู่ภายใต้แรงกดดันที่สูงมาก แต่นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ลอสแองเกิลส์ (ยูซีแอล) พบว่าตรงกันข้ามกับโบรอนอาร์เซไนด์ ซึ่งเป็นเซมิคอนดักเตอร์ที่เพิ่งค้นพบซึ่งแสดงให้เห็นประโยชน์มากมายสำหรับการใช้งานด้านการจัดการความร้อนและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขั้นสูง การค้นพบนี้อาจเปลี่ยนวิธีที่เราคิดเกี่ยวกับการขนส่งความร้อนภายใต้สภาวะที่รุนแรง เช่น ภายในของโลก ซึ่งไม่สามารถตรวจวัดโดยตรงได้

นักวิจัยนำโดย หย่งจี้หูใช้แรงดันไฮโดรสแตติกกับตัวอย่างโบรอนอาร์เซไนด์ที่วางอยู่ระหว่างเพชรสองเม็ดในเซลล์ทั่ง จากนั้นพวกเขาตรวจสอบว่าการสั่นสะเทือนของอะตอมของโครงตาข่ายคริสตัล (โฟนัน ซึ่งเป็นวิธีหลักในการนำความร้อนผ่านวัสดุ) เปลี่ยนไปอย่างไรเมื่อความดันเพิ่มขึ้นถึง 32 GPa ในการทำเช่นนี้ พวกเขาใช้การวัดด้วยออพติคความเร็วสูงหลายแบบ รวมถึงรามานสเปกโทรสโกปีและการกระเจิงของรังสีเอกซ์แบบไม่ยืดหยุ่น ทีมงานพบว่าที่ความกดอากาศสูงมาก – สูงกว่าที่ก้นมหาสมุทรหลายร้อยเท่า – ค่าการนำความร้อนของโบรอนอาร์เซไนด์เริ่มลดลง

Hu และเพื่อนร่วมงานที่รายงานการทำงานใน ธรรมชาติระบุพฤติกรรมความดันสูงที่ผิดปกติที่พวกเขาสังเกตเห็นว่าเป็นการรบกวนที่เป็นไปได้ซึ่งเกิดจากวิธีการแข่งขันที่ความร้อนเดินทางผ่านผลึกโบรอนอาร์เซไนด์เมื่อความดันเพิ่มขึ้น ในกรณีนี้ การแข่งขันอยู่ระหว่างกระบวนการกระจายเสียงแบบสามเสียงและสี่เสียง ในวัสดุทั่วไปส่วนใหญ่จะสังเกตเห็นผลตรงกันข้าม: เมื่อความดันบีบให้อะตอมเข้าใกล้กันมากขึ้น ความร้อนจะเคลื่อนผ่านโครงสร้างเร็วขึ้น อะตอมต่ออะตอม

กลไกสำหรับหน้าต่างระบายความร้อนภายใน

ผลการวิจัยยังชี้ให้เห็นว่าค่าการนำความร้อนของวัสดุสามารถไปถึงค่าสูงสุดได้หลังจากช่วงความดันธรณีประตู “เรารู้สึกตื่นเต้นมากที่ได้เห็นการค้นพบนี้ทำลายกฎทั่วไปของการถ่ายเทความร้อนภายใต้สภาวะที่รุนแรง และชี้ให้เห็นถึงความเป็นไปได้พื้นฐานใหม่ๆ” Hu กล่าว โลกฟิสิกส์“การศึกษานี้อาจส่งผลกระทบต่อความเข้าใจของเราเกี่ยวกับพฤติกรรมแบบไดนามิก เช่น การตกแต่งภายในของดาวเคราะห์ อาจมีความเกี่ยวข้องกับการสำรวจอวกาศและการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ”

พบอิเล็กตรอนร้อนอายุยืนในเซมิคอนดักเตอร์ 'มหัศจรรย์'

เพื่อนร่วมงานของ Hu ผู้เขียนร่วม แอ๊บบี้ คาฟเนอร์ กล่าวเสริมว่า "หากนำไปใช้กับการตกแต่งภายในของดาวเคราะห์ การค้นพบของเราอาจแนะนำกลไกสำหรับ 'หน้าต่างความร้อน' ภายใน ซึ่งเป็นชั้นภายในดาวเคราะห์ที่กลไกการไหลของความร้อนแตกต่างจากที่อยู่ด้านล่างและด้านบน"

อาจมีวัสดุอื่นๆ ประสบปรากฏการณ์เดียวกันภายใต้สภาวะที่รุนแรงซึ่งทำลายกฎดั้งเดิม Hu กล่าว การค้นพบใหม่นี้อาจช่วยในการพัฒนาวัสดุใหม่สำหรับระบบพลังงานอัจฉริยะที่มี "หน้าต่างแรงดัน" ในตัว เพื่อให้ระบบเปิดเฉพาะภายในช่วงแรงดันที่กำหนดก่อนที่จะปิดโดยอัตโนมัติหลังจากถึงจุดแรงดันสูงสุด

• เนื้อหาที่ขับเคลื่อนด้วย SEO และการเผยแพร่ประชาสัมพันธ์ รับการขยายวันนี้
• เพลโตบล็อคเชน Web3 Metaverse ข่าวกรอง ขยายความรู้. เข้าถึงได้ที่นี่.
• ที่มา: https://physicsworld.com/a/surprising-heat-transfer-behaviour-seen-in-new-semiconductor-under-pressure/