Материалы портала «Научная Россия»

Теплопередача в сверхрешётках имеет неожиданные свойства

Теплопередача в сверхрешётках имеет неожиданные свойства
В сверхрешётках наблюдается когерентное распространение тепла, что может быть использовано для создания материалов с высокой проводимос

Эффективность термоэлектрических устройств – которые используют разницу температур для производства электроэнергии – в ближайшее время может сильно вырасти благодаря достижениям американских учёных. Исследователи из Массачусетского технологического института исследовали распространение тепла в сверхрешётках и выяснили, что оно имеет скорее свойства волны, чем частицы. Статью об этом в журнале Science опубликовали магистрант Мария Лукьянова, постдок Дживтеш Гарг (Jivtesh Garg) и профессор Ган Чэнь (Gang Chen) и их коллеги из других учебных заведений.

Тепло – колебания атомов и молекул в материале – обычно распространяется свободным образом. В сверхрешётках, однако, наблюдаются когерентные потоки энергии, напоминающие волны зыби на поверхности воды. В данном случае исследовались сверхрешётки из чередующихся тончайших (в 12 нанометров) слоёв арсенида галлия и арсенида алюминия, толщина которых составляла от 24 до 216 нанометров.

Раньше полагали, что неровности между слоями в таких почти идеальных структурах всё равно будут рассеивать квазичастицы фононы (соответствующие квантам колебательного движения атомов), то есть в многослойных материалах эффект рассеивания разрушает волновой эффект фононов. Эксперименты Лукьяновой и компьютерное моделирование Гарга показали, что описанный процесс действителен только для высокочастотных фононов, но не для низкочастотных. Это и есть когерентная проводимость тепла.

Это открывает возможность создания новых материалов высокой проводимости, в которых тепловые потоки можно точно настраивать на очень низкую проводимость тепла путём изменения числа слоёв в сверхрешётке. Таким образом можно, к примеру, отводить тепло, производимое электронными устройствами и полупроводниковыми лазерами.

Источник: web.mit.edu

массачусетский технологический институт материалы нанотехнологии теплотехника термодинамика

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий