Parempi ymmärrys kidevirheistä

MIT:ssä tehty tutkimus tarjoaa oivalluksia siitä kuinka kidevirheet materiaalissa voivat vaikuttaa sähkön ja lämmön kulkeutumiseen kiteiden mikroskooppisessa, kvanttimekaanisella tasolla.

Kidevirheillä on vahva vaikutus hilavärähtelyihin, joilla on osansa kiteiden termisiin ja sähköisiin ominaisuuksiin.

Mutta tarkka käsitys dislokaatioiden eli kidevirheiden ja fononien vuorovaikutuksien mekanismista on ollut vaikea ja kiistanalainen aihe, mikä on hidastanut käyttää dislokaatioita räätälöimään materiaalien lämpöominaisuuksia.

MIT:n ryhmä on oppinut tärkeitä yksityiskohtia siitä miten vuorovaikutukset toimivat, mikä voisi tehostaa tulevia pyrkimyksiä kehittää lämpösähköisiä rakenteita ja muita sähköisiä järjestelmiä. Kidevirheet vaikuttavat esimerkiksi siihen kuinka lämpö siirtyy piimikrosirun läpi tai miten hyvin virta kulkee piiaurinkopaneelissa.

On ollut kaksi kilpailevaa lähestymistapaa selittää fononi-dislokaatio vuorovaikutuksia mutta monia kysymyksiä niihin liittyen on jäänyt ratkaisematta.

Nyt MIT:n ryhmä on löytänyt uuden matemaattisen lähestymistavan analysoida tällaisia järjestelmiä. He ovat luoneet uuden kvasipartikkelin, jota he kutsuvat disloneiksi (Dislon). Se on kvantisoitu versio dislokaatiosta ja näyttää ratkaisevan monia pitkäaikaisia mysteereitä.

Uusi teoria perustuu kvanttikenttäteoriaan. Se toimii hyvin myös nanoskaalan mitoissa ja kattaa esimerkiksi aiheen aiemmat kilpailevat dynaamiset ja staattiset sironnan lähestymistavat. Ne osoittautuvat olevan kaksi ääritapausta tämän uuden kehyksen puitteissa.

Havainnoilla voi olla vaikutusta erityisesti etsittäessä parempia lämpösähkömateriaaleja, jotka voivat muuntaa lämpöä sähköksi ja sähköä jäähdytykseksi. Niitä käytetään tuottamaan energiaa hukkalämmöstä tai jäähdytystä suoraan sähköllä.