На Вінниччині хочуть побудувати 14 нових сонячних електростанцій
15 Березня , 2017
Tesla побудує акумуляторну стацію на 100 МВт за 100 днів – або вона буде безкоштовною
16 Березня , 2017

Ланцюжок атомів золота дозволить вченим з’ясувати всі тонкощі процесу переносу тепла на нанорівні

Точний контроль руху потоків електронів робить можливим створення складних логічних схем та іншої мікроелектроніки, яка функціонує всередині наших смартфонів, комп’ютерів та іншої техніки. Контроль за поширенням тепла має, фактично, таке ж фундаментальне значення, за його допомогою можна створювати ефективні системи охолодження і відведення тепла від гарячих компонентів. Однак, процес поширення тепла менш вивчений, ніж процес поширення електричного струму, тому вчені намагаються заповнити всі прогалини в цій галузі знань. І нещодавно, зусиллями міжнародної групи вчених, була створена технологія, реалізована у вигляді нанорозмірної системи, використання якої дозволить прояснити більшість маловивчених моментів процесу переносу тепла. Більш того, за допомогою цієї системи, вченим вже вдалося з’ясувати, що закон Відемана-Франца (Wiedemann-Franz law), зберігається при зменшенні маштабу системи до атомарного рівня.
Головним об’єктом дослідницької системи є мікроскопічний золотий провідник. Цей провідник розтягувався до тих пір, поки не досяг товщини в один атом, перетворившись, таким чином в ланцюжок з атомів золота. Через цей провідник, який є найтоншим електричним провідником на сьогоднішній день, вчені пропускали електричний струм з заданими параметрами, а робилося це для експериментального підтвердження результатів, отриманих за допомогою теоретичних розрахунків математичних моделей. Виміряні значення питомої електричної провідності і інших параметрів провідника дозволили вченим обчислити, непрямим методом, значення температурної різниці окремих його частин, різницю, яку неможливо виміряти традиційним способом у разі провідника атомарної товщини.
Головним питанням, відповідь на яке намагалися знайти вчені під час експериментів, полягає в тому, чи зберігаються на атомарному рівні ефекти, обумовлені законом Відемана-Франца, який, в свою чергу, говорить про те, що електрична та теплова провідність пропорційно пов’язані одна з одною. Сумніви у достовірності закону на атомарному рівні виникали у вчених через те, що електрони, як і хвилі коливань атомів (фонони), здатні переносити теплову енергію. А для опису процесу переносу тепла електронами і фононами на найменшому рівні використовуються не закони звичайної фізики, а закони квантової механіки.
Кілька з учасників наукової групи зробили серію попередніх теоретичних розрахунків, що показали дивовижну річ. Виявляється, що на атомарному рівні, частка теплової енергії, яка переноситься фононами, становить, максимум, десять відсотків від усього переміщеного потоку тепла, і даний вид переносу не має вирішального значення. Це, в свою чергу, служить прямим підтвердженням закону Видеманна-Франца.
Протягом досить тривалого часу вчені могли вивчати процеси переносу електричних зарядів і потоків тепла через наноструктури лише шляхом розрахунку складних теоретичних моделей. Нова експериментальна установка тепер дозволить об’єднати теорію і експериментальну частину. Це стало можливим, за рахунок створення нових високоточних і малошумних вимірювальних приладів, створених групою вчених з Мічиганського університету, завдяки яким сигнали можуть бути виміряні, виділено і очищені від сторонніх шумів.
І наостанок, слід зазначити, що подібні принципи вимірювання потоків електронів і потоків теплової енергії можуть бути застосовані не лише по відношенню до нанопровідників атомарної товщини. Їх можна успішно використовувати і по відношенню до багатьох інших наносистем, підтверджуючи експериментальним шляхом результати теоретичних досліджень фундаментального процесу квантового переносу тепла. І це, в свою чергу, дозволить у майбутньому створювати нано – і мікроелектронні системи, що використовують енергію, яка ними подається, більш ефективно, ніж це можливо зараз.

Залишити відповідь

Увійти за допомогою: 
Inline
Inline