Các phase tăng cường độ dẫn nhiệt của các tinh thể không tương xứng

Những hiểu biết mới về hành vi nhiệt kỳ lạ của phason – giả hạt có thể được tìm thấy trong các tinh thể không tương xứng – đã được các nhà vật lý ở Mỹ thu được. Thí nghiệm được thực hiện bởi Michael Manley và các đồng nghiệp tại Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge ở Tennessee đã chỉ ra cách các giả hạt này đóng vai trò quan trọng như thế nào trong việc truyền nhiệt qua những vật liệu khác thường này.

Các phason là các giả hạt giống như phonon phát sinh từ các chuyển động tập thể của các nguyên tử trong các tinh thể không tương xứng. Đây là những vật liệu có thể được mô tả bằng cách sử dụng hai hoặc nhiều mạng con, trong đó tỷ lệ giữa các khoảng cách định kỳ của các mạng con không phải là số nguyên. Việc tạo ra và lan truyền một pha liên quan đến sự dịch chuyển hướng tương đối (hoặc pha) của các mạng con, do đó có tên gọi là quasiparticle.

Trong vật liệu tinh thể, giả hạt gọi là phonon được tạo ra khi năng lượng tích tụ trong vật liệu làm cho các nguyên tử dao động. Sau đó, các phonon có thể di chuyển qua mạng tinh thể, mang theo nhiệt. Kết quả là, phonon đóng một vai trò trong cách truyền nhiệt trong vật liệu – đặc biệt là trong chất cách điện nơi có ít nhiệt được dẫn bởi các electron.

Trong một thời gian, các nhà vật lý đã dự đoán rằng các phase sẽ đóng một vai trò quan trọng trong việc tăng cường dòng nhiệt qua các tinh thể không tương xứng. Thật vậy, không giống như phonon, phason có thể di chuyển nhanh hơn tốc độ âm thanh bên trong vật liệu và sẽ tán xạ ít hơn phonon – cả hai đều sẽ tăng cường khả năng mang nhiệt của chúng.

kiếp sống không xác định

Tuy nhiên, các tinh thể không tương xứng rất hiếm trong tự nhiên, do đó một số đặc điểm chính của phason vẫn chưa được hiểu rõ. Điều này bao gồm thời gian sống của các giả hạt và do đó, khoảng cách trung bình mà chúng có thể di chuyển trước khi phân tán ra khỏi nhau.

Để khám phá những tính chất này, nhóm của Manley đã kiểm tra một tinh thể không tương xứng gọi là fresnoite. Họ đã thực hiện các thí nghiệm tán xạ neutron không đàn hồi bằng cách sử dụng HYSPEC máy quang phổ của Oak Ridge Nguồn nơtron va chạm (xem hình). Nơtron là vật thăm dò lý tưởng cho nghiên cứu như vậy vì chúng tương tác với cả phason và phonon. Nhóm nghiên cứu cũng thực hiện các phép đo về độ dẫn nhiệt của vật liệu. Các thí nghiệm của họ đã xác nhận rằng các phase góp phần quan trọng vào dòng nhiệt chạy qua Fresnoite. Thật vậy, họ phát hiện ra rằng sự đóng góp của phase vào tính dẫn nhiệt của vật liệu lớn hơn khoảng 2.5 lần so với sự đóng góp của phonon ở nhiệt độ phòng.

Các giả tinh thể lớn, không có khiếm khuyết có thể được tạo ra bằng cách 'tự phục hồi'

Nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra rằng đường tự do trung bình của phason dài hơn khoảng ba lần so với đường tự do trung bình của phonon – chúng liên quan đến tốc độ siêu thanh của các pha. Hơn nữa, sự đóng góp phason vào các đỉnh dẫn nhiệt của fresnoit gần với nhiệt độ phòng, cao hơn nhiều so với nhiệt độ mà tại đó các đỉnh đóng góp của phonon.

Manley và các đồng nghiệp hy vọng những khám phá của họ có thể mở ra những cơ hội mới cho fresnoit và các tinh thể không tương xứng khác trong các ứng dụng kiểm soát nhiệt độ và quản lý nhiệt tiên tiến. Các vật liệu thậm chí có thể được sử dụng trong các mạch logic nhiệt, có thể truyền tải thông tin thông qua dòng nhiệt. Nếu được tích hợp với các thiết bị điện tử thông thường, các hệ thống lai như vậy có thể được sử dụng để tái chế nhiệt thất thoát do tản nhiệt, từ đó nâng cao hiệu quả của các hệ thống máy tính hiện đại.

Nghiên cứu được mô tả trong Physical Review Letters.

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Khuếch đại kiến ​​thức. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://physicsworld.com/a/phasons-boost-thermal-conductivity-of-incommensurate-crystals/