Phasons ช่วยเพิ่มการนำความร้อนของผลึกที่ไม่เท่ากัน

Phasons ช่วยเพิ่มการนำความร้อนของผลึกที่ไม่เท่ากัน

ประทับเวลา: 7 มกราคม 2023 9:17 น

HYSPEC ที่โอ๊คริดจ์
ข้อมูลเชิงลึกที่ไม่ยืดหยุ่น: ศึกษาเฟสโดยใช้สเปกโตรมิเตอร์ HYSPEC บนแหล่งกำเนิดนิวตรอน Spallation ของ Oak Ridge (มารยาท: ORNL)

นักฟิสิกส์ในสหรัฐอเมริกาได้รับข้อมูลเชิงลึกใหม่เกี่ยวกับพฤติกรรมทางความร้อนที่แปลกใหม่ของฟาซอน ซึ่งเป็นอนุภาคควอซิพลาร์ที่สามารถพบได้ในผลึกที่ไม่สมน้ำสมเนื้อกัน ทดลองทำโดย Michael Manley และเพื่อนร่วมงานที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Oak Ridge ในรัฐเทนเนสซีได้แสดงให้เห็นว่า quasiparticles เหล่านี้มีบทบาทสำคัญในการลำเลียงความร้อนผ่านวัสดุที่ผิดปกติเหล่านี้ได้อย่างไร

Phasons เป็น quasiparticles เหมือนโฟนอนซึ่งเกิดขึ้นจากการเคลื่อนที่แบบรวมของอะตอมในผลึกที่ไม่สมน้ำสมเนื้อ วัสดุเหล่านี้สามารถอธิบายได้โดยใช้สองตารางย่อยหรือมากกว่า โดยที่อัตราส่วนระหว่างระยะห่างเป็นระยะของตารางย่อยไม่ใช่จำนวนเต็ม การสร้างและการแพร่กระจายของ phason นั้นเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงการวางแนวสัมพัทธ์ (หรือเฟส) ของ sublattices ดังนั้นชื่อของ quasiparticle

ในวัสดุที่เป็นผลึก quasiparticles ที่เรียกว่า phonons จะถูกสร้างขึ้นเมื่อพลังงานที่สะสมอยู่ในวัสดุทำให้อะตอมเกิดการสั่นสะเทือน โฟนอนส์สามารถเดินทางผ่านตาข่ายโดยนำความร้อนติดตัวไปด้วย ผลที่ตามมาคือ โฟนอนมีบทบาทในการถ่ายโอนความร้อนในวัสดุ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในฉนวนที่อิเล็กตรอนนำความร้อนเพียงเล็กน้อย

ในบางครั้ง นักฟิสิกส์ได้คาดการณ์ว่า phasons ควรมีบทบาทสำคัญในการเพิ่มการไหลของความร้อนผ่านผลึกที่ไม่สมน้ำสมเนื้อกัน อันที่จริงแล้ว phasons สามารถเดินทางได้เร็วกว่าความเร็วของเสียงภายในวัสดุ และควรกระจายน้อยกว่าโฟนัน ซึ่งทั้งสองอย่างนี้ควรเพิ่มความสามารถในการนำพาความร้อน

ไม่ทราบอายุขัย

อย่างไรก็ตาม ผลึกที่ไม่สมส่วนนั้นหาได้ยากในธรรมชาติ ดังนั้นจึงยังไม่เป็นที่เข้าใจถึงลักษณะเฉพาะของเฟสที่สำคัญหลายประการ ซึ่งรวมถึงอายุขัยของอนุภาค Quasiparticle และด้วยเหตุนี้ ระยะทางเฉลี่ยที่พวกมันสามารถเดินทางได้ก่อนที่จะกระจัดกระจายออกจากกัน

ในการสำรวจคุณสมบัติเหล่านี้ ทีมของ Manley ได้ตรวจสอบผลึกที่ไม่สมน้ำสมเนื้อที่เรียกว่า fresnoite พวกเขาทำการทดลองการกระเจิงของนิวตรอนแบบไม่ยืดหยุ่นโดยใช้ ไฮสเป็ค สเปกโตรมิเตอร์บนโอ๊คริดจ์ แหล่งกำเนิดนิวตรอนแบบสปอลเลชัน (ดูรูป). นิวตรอนเป็นโพรบในอุดมคติสำหรับการศึกษาดังกล่าว เนื่องจากนิวตรอนมีปฏิสัมพันธ์กับทั้งเฟสและโฟตอน ทีมงานยังได้วัดค่าการนำความร้อนของวัสดุด้วย การทดลองของพวกเขายืนยันว่า phasons มีส่วนสำคัญในการไหลเวียนของความร้อนผ่าน fresnoite พวกเขาพบว่าการมีส่วนร่วมของ phasons ต่อการนำความร้อนของวัสดุนั้นมากกว่าของ phonons ที่อุณหภูมิห้องประมาณ 2.5 เท่า

ทีมงานพบว่า phason หมายถึงเส้นทางอิสระยาวกว่า phonon หมายถึงเส้นทางอิสระประมาณสามเท่า ซึ่งสัมพันธ์กับความเร็วเหนือเสียงของ phason นอกจากนี้ ค่าการนำความร้อนของไฟซอนที่จุดสูงสุดของเฟรสโนไนท์จะใกล้เคียงกับอุณหภูมิห้อง ซึ่งสูงกว่าอุณหภูมิที่ค่าการนำความร้อนของเฟรสโนไนท์จะถึงจุดสูงสุด

Manley และเพื่อนร่วมงานหวังว่าการค้นพบของพวกเขาจะเปิดโอกาสใหม่สำหรับ fresnoite และคริสตัลอื่น ๆ ที่ไม่สมน้ำสมเนื้อในการจัดการความร้อนขั้นสูงและการใช้งานควบคุมอุณหภูมิ วัสดุเหล่านี้ยังสามารถเห็นการใช้งานในวงจรลอจิกความร้อน ซึ่งสามารถถ่ายทอดข้อมูลผ่านการไหลของความร้อน หากรวมเข้ากับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทั่วไป ระบบไฮบริดดังกล่าวสามารถใช้เพื่อรีไซเคิลความร้อนที่สูญเสียไปจากการระบายความร้อน ซึ่งจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของระบบคอมพิวเตอร์สมัยใหม่

งานวิจัยได้อธิบายไว้ใน จดหมายทางกายภาพความคิดเห็น.

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก โลกฟิสิกส์