Lämpöaaltoja puolijohdemateriaalissa

Näillä helteillä on kiinnostavaa tietää lämpöaaltojen odottamattomasta havainnoinnista germaniumissa.

Tämä ilmiö voi mahdollistaa merkittävän parannuksen elektronisten laitteiden suorituskyvyssä lähitulevaisuudessa. Tutkimusta vetävät Barcelonan materiaalitieteiden instituutin (ICMAB, CSIC) ja Barcelonan Universitat Autònoma sekä Cagliarin yliopistojen tutkijat.

Kuten tiedämme, lämpö syntyy atomien värinästä ja siirtyy diffuusiona ympäristön lämpötiloissa. Valitettavasti sitä on melko vaikea hallita, ja se johtaa yksinkertaisiin ja tehottomiin strategioihin lämmön manipuloimiseksi. Siksi useimmissa elektroniikkalaitteissa voi kerääntyä paljonkin jäännöslämpöä.

Kuitenkin, jos lämpöä kuljetettaisiin aaltoina kuten valoa, se tarjoaisi uusia vaihtoehtoja sen hallitsemiseksi. Lämpöaaltoja on tähän mennessä havaittu vain harvoissa materiaaleissa, kuten kiinteässä heliumissa tai viime aikoina grafiitissa.

Nyt julkaisussa työssä tutkijat raportoivat lämpöaaltojen havainnoinnista kiinteässä puolijohteisessa germaniumissa huoneenlämpötilassa.

"Tätä aaltomaista vaikutusta, joka tunnetaan nimellä toinen ääni, ei odotettu kohdattavan tämän tyyppisessä materiaalissa ja näissä olosuhteissa", sanoo Sebastián Reparaz, ICMAB-tutkija ja tämän tutkimuksen vetäjä.

Havainto tapahtui tutkittaessa germaniumnäytteen lämpövastetta lasereiden vaikutukselle, jolloin sen pinnalle syntyi suurtaajuinen värähtelevä lämpöaalto. Kokeet osoittivat, että toisin kuin tähän asti uskottiin, lämpö ei hajonnut diffuusiolla, vaan se levisi materiaaliin lämpöaaltojen kautta.

Itse havainnon lisäksi tutkijat paljastavat tutkimuksen lähestymistavan lämpöaaltojen havainnoinnin avaamiseksi mahdollisesti missä tahansa materiaalijärjestelmässä.

"Toinen ääni on terminen tila, jossa lämpö voi levitä lämpöaaltojen muodossa usein havaitun diffuusiojärjestelmän sijaan. Tämän tyyppisellä aaltomaisella lämpösiirrolla on monia aaltojen tarjoamia etuja, mukaan lukien interferenssi ja diffraktio", sanoo ICMAB:n tutkija Sebastián Reparaz.

"Toisen äänen mahdolliset sovellukset ovat rajattomat", jatkaa Reparaz. Näiden sovellusten saavuttaminen vaatii kuitenkin syvällistä ymmärrystä tavoista avata tämä lämpösiirtojärjestelmä mille tahansa materiaalille.

Lämmön etenemisen hallinta aaltojen ominaisuuksien kautta avaa uusia tapoja suunnitella tulevia lämpörakenteita samalla tavalla kuin on jo vakiintunut valon tapauksessa. "Erityisesti toista äänilämpöjärjestelmää voitaisiin käyttää pohtimaan uudelleen, miten käsittelemme hukkalämpöä", hän lisää.

Aiheesta aiemmin:

Tavoitteena terminen tietokone

Lämmönhallintaa atomitasolla