Дивовижна поведінка теплопередачі в новому напівпровіднику під тиском

Теплопровідність матеріалів зазвичай збільшується, коли вони піддаються дуже високому тиску. Але дослідники з Каліфорнійського університету в Лос-Анджелі (UCLA) виявили, що протилежне вірно для арсеніду бору – нещодавно відкритого напівпровідника, який є багатообіцяючим для програм управління теплом і передових електронних пристроїв. Це відкриття може змінити наше уявлення про перенесення тепла в екстремальних умовах, таких як ті, що знаходяться в надрах Землі, де прямі вимірювання неможливі.

Дослідники на чолі з Юнцзі Хузастосовував гідростатичний тиск до зразків арсеніду бору, поміщених між двома алмазами в комірці ковадла. Потім вони дослідили, як змінюються атомні коливання кристалічної решітки (фонони, основний спосіб передачі тепла через матеріали) із збільшенням тиску до 32 ГПа. Для цього вони використовували різноманітні надшвидкісні оптичні вимірювання, включаючи раманівську спектроскопію та непружне розсіювання рентгенівського випромінювання. Команда виявила, що при надзвичайно високому тиску – у сотні разів вищому, ніж на дні океану – теплопровідність арсеніду бору починає зменшуватися.

Ху та його колеги, які звітують про свою роботу в природа, пояснюють аномальну поведінку високого тиску, яку вони спостерігали, можливим перешкодам, спричиненим конкуруючими шляхами, якими тепло проходить через кристал арсеніду бору, коли тиск зростає. У цьому випадку відбувається конкуренція між трифононним і чотирьохфононним процесами розсіювання. У більшості звичайних матеріалів спостерігається протилежний ефект: коли тиск стискає атоми ближче один до одного, тепло рухається крізь структуру швидше, атом за атомом.

Механізм для внутрішнього теплового вікна

Результати також свідчать про те, що теплопровідність матеріалів може досягати максимуму після порогового діапазону тиску. «Ми дуже раді бачити, як це відкриття порушує загальне правило теплопередачі в екстремальних умовах, і це вказує на нові фундаментальні можливості», — говорить Ху. Світ фізики«Дослідження також може вплинути на наше сформоване розуміння динамічної поведінки, наприклад, внутрішньої частини планет. Це може навіть мати наслідки для дослідження космосу та зміни клімату».

Довгоживучі гарячі електрони, помічені в «диво-напівпровіднику».

Колега Ху, співавтор Еббі Кавнер додає: «Якщо це стосується внутрішніх частин планети, наші відкриття можуть свідчити про механізм внутрішнього «теплового вікна» – внутрішнього шару всередині планети, де механізми потоку тепла відрізняються від тих, що знаходяться під і над нею».

За словами Ху, можуть існувати інші матеріали, які відчувають те саме явище в екстремальних умовах, що порушує класичні правила. Дійсно, нові відкриття можуть допомогти в розробці нових матеріалів для інтелектуальних енергетичних систем із вбудованими «вікнами тиску», щоб система вмикалася лише в певному діапазоні тиску, а потім автоматично вимикалася після досягнення точки максимального тиску.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• Платоблокчейн. Web3 Metaverse Intelligence. Розширені знання. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/surprising-heat-transfer-behaviour-seen-in-new-semiconductor-under-pressure/