سطحی فونون پولرائٹنز تھرمل چالکتا کو بڑھاتے ہیں – فزکس ورلڈ

الیکٹرانک آلات میں استعمال کے لیے اعلی تھرمل چالکتا والے مواد کی تلاش کی جاتی ہے کیونکہ وہ تیزی سے اضافی حرارت کو ہٹا دیتے ہیں، جس سے بہترین کارکردگی کی اجازت ہوتی ہے۔ تاہم، جیسے جیسے آلات چھوٹے ہوتے جاتے ہیں اور تیزی سے چلتے ہیں، گرمی کو ہٹانا مشکل ہوتا جا رہا ہے۔

حالیہ مطالعات نے تجویز کیا ہے کہ سطحی فونون پولرائٹنز (SPhPs) - کواس پارٹیکلز جو فونون اور فوٹون کے درمیان جوڑے سے پیدا ہوتے ہیں - کچھ مواد میں تھرمل چالکتا کو بڑھا سکتے ہیں۔ اب، یونیورسٹی آف کیلی فورنیا سان ڈیاگو کے محققین نے پہلی بار سلکان ڈائی آکسائیڈ نانوربون ویو گائیڈز میں اس کا مظاہرہ کیا ہے۔

SPhPs ذرہ نما اتیجیت ہیں جو بعض مواد کی سطح پر ہوتی ہیں، خاص طور پر قطبی ڈائی الیکٹرکس۔ یہ کرسٹل جالی (فونونز) اور برقی مقناطیسی لہروں (فوٹونز) کے کوانٹائزڈ دولن کے درمیان تعامل سے بنتے ہیں۔ SPhPs اپنے فونون جزو کی وجہ سے کسی مواد کی سطح کے ساتھ بڑی مقدار میں حرارت لے سکتے ہیں۔ تاہم، SPhPs کی فوٹوونک نوعیت کا مطلب یہ ہے کہ ان کے پھیلاؤ کا اوسط مفت راستہ غیر جوڑے ہوئے فونوں سے کہیں زیادہ لمبا ہے۔ یہ SPhPs کو طویل فاصلے تک گرمی کی نقل و حمل کے لیے ایک مثالی امیدوار بناتا ہے۔ کچھ حالیہ تحقیق اس اضافہ کے ثبوت فراہم کرتی ہے، اور اب سان ڈیاگو کی یو Pei اور ساتھیوں نے SPhPs کے ذریعہ تھرمل چالکتا بڑھانے کا پہلا غیر مبہم مظاہرہ کیا ہے۔

گرم اور ٹھنڈے ذخائر

ٹیم نے ایک ایسا آلہ بنایا جس میں دو متوازی سلکان ڈائی آکسائیڈ ریلوں پر مشتمل ایک تنگ سیلیکون ڈائی آکسائیڈ ویو گائیڈ کے ذریعے ایک کنفیگریشن میں منسلک کیا گیا جو حرف H (شکل دیکھیں) سے مشابہت رکھتا ہے۔ سلکان ڈائی آکسائیڈ ریلوں نے گرم اور ٹھنڈے تھرمل ذخائر کے طور پر کام کیا۔ یہ پلاٹینم کی ایک تہہ کے ساتھ لیپت کیے گئے تھے، جس سے گرم ذخائر کام کر سکتے ہیں اور ایک ہیٹر اور ٹھنڈے ذخائر کو درجہ حرارت سینسر کے طور پر کام کرنے دیتا ہے۔

ریاضیاتی ماڈلنگ کے ذریعے، محققین نے ظاہر کیا کہ ویو گائیڈ موٹائی میں کمی کے ساتھ SPhP کے پھیلاؤ کی لمبائی میں اضافہ ہوا، جو کہ 1 سینٹی میٹر سے زیادہ کی قابل ذکر زیادہ سے زیادہ لمبائی تک پہنچ گئی۔ اس کی وجہ یہ ہے کہ، پتلی ویو گائیڈز میں، موڈ والیوم کا ایک بڑا تناسب ویکیوم میں موجود ہوتا ہے اور اسے کوئی نقصان نہیں ہوتا۔

ابتدائی طور پر، تاہم، اس بڑے موڈ والیوم نے محققین کے لیے دو مسائل پیش کیے۔ اس نے آس پاس کے سبسٹریٹ میں SPhPs کے رساو میں اضافہ کیا۔ اور اس نے ویو گائیڈ اور تھرمل ریزروائرز کے درمیان جوڑے کو کم کر دیا۔ ان مسائل کو دور کرنے کے لیے، دو خاص خصوصیات کو نانوربون ڈیزائن میں شامل کیا گیا تھا۔ ویو گائیڈ اور ذخائر کو سبسٹریٹ کے اوپر معطل کر دیا گیا تھا تاکہ SPhP موڈ اور سبسٹریٹ کے درمیان اوورلیپ کو کم کیا جا سکے، لیکیج کو کم کیا جا سکے۔ اس کے علاوہ، سیاہ آکسائڈ کی ایک جذب کرنے والی پرت (Fe₃O₄تھرمل ذخائر کے ذریعہ SPhPs کے جذب کی سہولت کے لئے سلکان ڈائی آکسائیڈ ریلوں اور پلاٹینم پرت کے درمیان سینڈویچ کیا گیا تھا۔

بلیک آکسائیڈ اہم ہے۔

تھرمل ٹرانسپورٹ پر SPhPs اور ڈیوائس ڈیزائن کے اثر کا تعین کرنے کے لیے، ٹیم نے پلاٹینم پر وولٹیج لگا کر گرم ذخائر کو گرم کیا اور دونوں ذخائر میں درجہ حرارت میں اضافے کی پیمائش کی۔ انہوں نے ظاہر کیا کہ بلیک آکسائیڈ کی پرت کے بغیر نمونوں کی چالکتا تھی جو کہ غیر جوڑے ہوئے فونوں کے ذریعہ ثالثی کی گئی تھی۔ جب بلیک آکسائیڈ موجود تھا، تاہم، تھرمل چالکتا کو بلک سلکان ڈائی آکسائیڈ کے مقابلے میں 34 فیصد تک بڑھایا گیا تھا۔ اس سے پتہ چلتا ہے کہ بلیک آکسائڈ SPhPs کے ذریعہ ویو گائیڈ سے ذخائر تک گرمی کی نقل و حمل کے لئے اہم ہے اور اس تہہ کے بغیر گرمی کو مؤثر طریقے سے جذب نہیں کیا جاسکتا۔

Exciton-polaritons وین ڈیر والز کرسٹل میں میگنیٹو آپٹیکل ردعمل کو بڑھاتے ہیں

Pei اور ساتھیوں نے بیلسٹک گرمی کی نقل و حمل کا ثبوت بھی پایا، یہ ظاہر کرتا ہے کہ موٹی، وسیع نینوریبن کی تھرمل چالکتا ویو گائیڈ کی لمبائی 49 مائکرون سے 99 مائکرون تک بڑھانے سے متاثر نہیں ہوئی تھی۔ اس کا موازنہ بغیر جوڑے ہوئے فونوں کے اوسط مفت راستے سے کرتے ہوئے، جو کہ 1 مائکرون یا اس سے کم ہوتا ہے، یہ دیکھنا آسان ہے کہ SPhPs کا نینو الیکٹرانکس اور مائیکرو الیکٹرانکس میں گرمی کی نقل و حمل پر کیا اثر پڑ سکتا ہے۔ ٹیم نے یہ بھی دکھایا کہ، جب نانوریبن 1D یا 2D میں SPhP طول موج سے چھوٹے تھے، تو انہوں نے بالترتیب دو اور ایک جہتی درجہ حرارت پر انحصار ظاہر کیا۔ اس طرح کی گرمی کی ترسیل کا نظام تقریباً دو دہائیوں سے ڈھونڈا جا رہا ہے۔

یہ نتائج مائیکرو الیکٹرانکس، نینو فوٹوونکس اور ہیٹ ٹرانسپورٹ اور ایس پی ایچ پیز میں مزید بنیادی مطالعات کے لیے ایک حقیقی پیش رفت کی نمائندگی کرتے ہیں۔ محتاط ویو گائیڈ ڈیزائن اور موڈ والیوم اور تھرمل ذخائر میں جوڑنے پر ایک خاص توجہ کے ذریعے، محققین نے پہلی بار 1D اور 2D درجہ حرارت پر انحصار کے ساتھ SPhP سے بہتر تھرمل چالکتا کا مظاہرہ کیا۔ یہ اعلی درجہ حرارت پر کم جہتی اور کوانٹم ہیٹ کنڈکٹنس کے مطالعہ کی طرف راستہ کھول دے گا، اور، نینوربون ڈیزائن کی اضافی اصلاح کے ساتھ، تھرمل چالکتا میں مزید اضافہ ممکن ہونا چاہیے۔

تحقیق میں بیان کیا گیا ہے۔ فطرت، قدرت مواصلات.

• SEO سے چلنے والا مواد اور PR کی تقسیم۔ آج ہی بڑھا دیں۔
• پلیٹو ڈیٹا ڈاٹ نیٹ ورک ورٹیکل جنریٹو اے آئی۔ اپنے آپ کو بااختیار بنائیں۔ یہاں تک رسائی حاصل کریں۔
• پلیٹوآئ اسٹریم۔ ویب 3 انٹیلی جنس۔ علم میں اضافہ۔ یہاں تک رسائی حاصل کریں۔
• پلیٹو ای ایس جی۔ کاربن، کلین ٹیک، توانائی ، ماحولیات، شمسی، ویسٹ مینجمنٹ یہاں تک رسائی حاصل کریں۔
• پلیٹو ہیلتھ۔ بائیوٹیک اینڈ کلینیکل ٹرائلز انٹیلی جنس۔ یہاں تک رسائی حاصل کریں۔
• ماخذ: https://physicsworld.com/a/surface-phonon-polaritons-enhance-thermal-conductivity/