Tá go leor gamers ar fud an domhain a bhfuil taithí acu ar an ré Xbox 360 an-eolach ar an gcás nuair a d'iompaigh a gconsól isteach i bpanna friochadh ar a bhféadfadh siad uibheacha a fhriochadh. Tarlaíonn cás brónach den chineál céanna ní hamháin le consóil cluiche, ach freisin le fóin, ríomhairí glúine, táibléad agus go leor eile. I bprionsabal, is féidir le beagnach aon fheiste leictreonach turraing teirmeach a bheith mar thoradh air, rud a d'fhéadfadh a bheith mar thoradh ní hamháin ar a teip agus ar a úinéir trína chéile, ach freisin ar "droch-bhorradh" na ceallraí agus gortú tromchúiseach. Sa lá atá inniu cuirfimid aithne ar staidéar ina bhfuil eolaithe ó Ollscoil Stanford, cosúil le Nick Fury ó na greannáin, tar éis sciath a chruthú a chosnaíonn páirteanna leictreonacha teas-íogair ó róthéamh agus, mar thoradh air sin, a chuireann cosc ar bhriseadh síos. Cén chaoi ar éirigh leis na heolaithe sciath teirmeach a chruthú, cad iad na príomhchodanna atá ann agus cé chomh héifeachtach is atá sé? Foghlaimímid faoi seo agus níos mó ó thuarascáil an ghrúpa taighde. Téigh.
Bonn taighde
Tá fadhb an róthéamh ar eolas le fada an lá, agus réitíonn eolaithe é ar bhealaí éagsúla. Tá cuid de na cinn is mó tóir ar an úsáid a bhaint as gloine, plaisteach agus fiú sraitheanna de aeir, a fheidhmíonn mar chineál inslitheoirí radaíochta teirmeach. I réaltachtaí nua-aimseartha, is féidir an modh seo a fheabhsú trí thiús na ciseal cosanta a laghdú go dtí roinnt adamh gan a n-airíonna inslithe theirmigh a chailliúint. Sin go díreach a rinne na taighdeoirí.
Táimid ag caint, ar ndóigh, faoi nana-ábhair. Mar sin féin, bhí a n-úsáid in insliú theirmigh casta roimhe seo ag an bhfíric go bhfuil an tonnfhad fuaraitheoirí (fóin *) atá i bhfad níos giorra ná leictreon nó fótón.
Phonón* - samhail-cháithnín, ar candam é de ghluaisne chreathadh na n-adamh criostail.
Ina theannta sin, mar gheall ar nádúr bosonic na bhfónóin, tá sé dodhéanta iad a rialú de réir voltais (mar a dhéantar le hiompróirí muirir), rud a fhágann go ginearálta go bhfuil sé deacair aistriú teasa a rialú i solaid.
Roimhe seo, bhí airíonna teirmeacha na solad, mar a mheabhraíonn na taighdeoirí dúinn, á rialú trí scannáin nanolaminate agus superlattices mar gheall ar neamhord struchtúrach agus comhéadain ard-dlúis, nó trí nanowires sileacain agus gearmáiniam mar gheall ar scaipthe láidir phonon.
I roinnt de na modhanna inslithe theirmigh a thuairiscítear thuas, tá eolaithe réidh go muiníneach chun ábhair dhéthoiseacha a chur i leith, nach bhfuil a dtiús níos mó ná roinnt adamh, rud a fhágann go bhfuil siad éasca a rialú ar scála adamhach. Ina staidéar a d'úsáid siad van der Waals (vdW) sraitheanna 2D tanaí adamhach a chóimeáil chun friotaíocht teirmeach an-ard a bhaint amach ar fud a n-heterostructure.
Fórsaí van der Waals* — fórsaí idirghníomhaíochta idirmhóilíneacha/idiratamaíocha a bhfuil fuinneamh 10-20 kJ/mól acu.
Leis an teicníc nua seo bhíothas in ann friotaíocht teirmeach a fháil i heitreastruchtúr vdW 2 nm tiubh atá inchomparáide leis sin i gciseal SiO2 (dé-ocsaíd sileacain) 300 nm tiubh.
Ina theannta sin, trí úsáid a bhaint as heitreastruchtúr vdW is féidir smacht a fháil ar airíonna teirmeacha ag an leibhéal adamhach trí mhonaiteoirí ilchineálacha XNUMXD a leagan le dlús mais adamhach éagsúla agus modhanna creathadh.
Mar sin, ná tarraingímid guairneáin an chait agus cuirimis tús le torthaí an taighde iontach seo a mheas.
Torthaí taighde
Ar an gcéad dul síos, cuirimis aithne ar shaintréithe micreastruchtúir agus optúla na heitreastruchtúr vdW a úsáideadh sa staidéar seo.
Íomhá #1
Ar an íomhá 1 léiríonn sé léaráid thrasghearrthach de heitreastruchtúr ceithre chiseal ina bhfuil (ó bhun go barr): graphene (Gr), MoSe2, MoS2, WSe22 agus substráit SiO2/Si. Chun gach sraith a scanadh ag an am céanna, bain úsáid as Léasair Raman* le tonnfhad 532 nm.
Léasair Raman* - cineál léasair arb é an príomh-mheicníocht aimplithe solais ná scaipeadh Raman.
Raman ag scaipeadh, ina dhiaidh sin, is é an scaipeadh neamhleaisteach de radaíocht optúil ar mhóilíní substainte, a bhfuil athrú suntasach ar mhinicíocht na radaíochta ag gabháil leis.
Baineadh úsáid as roinnt modhanna chun aonchineálacht mhicreastruchtúr, teirmeach agus leictreach na heitreastruchtúr a dhearbhú: scanadh micreascópachta leictreoin tarchurtha (STEM), speictreascópacht fótaluminescence (PL), micreascópacht Kelvin probe (KPM), scanadh micreascópachta teirmeach (SThM), chomh maith le speictreascópacht Raman agus teirmeachóip .
Изображение 1b léiríonn sé dúinn an speictream Raman de heitreastruchtúr Gr/MoSe2/MoS2/WSe22 ar fhoshraith SiO2/Si ag an suíomh marcáilte le ponc dearg. Taispeánann an plota seo síniú gach monolayer san eagar ciseal, chomh maith le síniú an tsubstráit Si.
Ar 1c-1f taispeántar íomhánna réimse dorcha STEM den heitreastruchtúr Gr/MoSe2/MoS2/WSe22 (1anna) agus heitreastruchtúir Gr/MoS2/WSe22 (1d-1f) le treoshuímh laitíse éagsúla. Taispeánann íomhánna STEM bearnaí vdW a dhúnadh go hadamhach gan aon éilliú, rud a fhágann gur féidir tiús iomlán na heitreastruchtúr seo a fheiceáil go hiomlán. Deimhníodh freisin láithreacht cúplála idirchiseal thar limistéir mhóra scanadh ag baint úsáide as speictreascópacht fótaluminescence (PL).1g). Tá comhartha photoluminescent na sraitheanna aonair taobh istigh den heterostructure faoi chois go mór i gcomparáid le comhartha monolayer scoite. Mínítear é seo leis an bpróiseas aistrithe muirear interlayer mar gheall ar idirghníomhaíocht interlayer dlúth, a éiríonn níos láidre fós tar éis annealing.
Íomhá #2
D'fhonn an sreabhadh teasa ingearach le plánaí adamhach an heterostructure a thomhas, rinneadh an sraith sraitheanna a struchtúrú i bhfoirm feistí leictreacha ceithre-iniúchadh. Téann an ciseal barr graphene i dteagmháil le leictreoidí Pallaidiam (Pd) agus úsáidtear é mar théitheoir le haghaidh tomhais teirmeachóip Raman.
Soláthraíonn an modh téimh leictreach seo cainníochtú beacht ar chumhacht ionchuir. Bheadh modh teasa féideartha eile, optúil, níos deacra a chur i bhfeidhm mar gheall ar aineolas ar chomhéifeachtaí ionsú na sraitheanna aonair.
Ar 2 léiríonn ciorcad tomhais ceithre-probe, agus 2b taispeánann sé radharc barr ar an struchtúr atá á thástáil. Sceideal 2anna léiríonn sé tréithe aistrithe teasa tomhaiste do thrí fheiste, ceann nach bhfuil ach graphene agus dhá cheann ina bhfuil eagair de shraith Gr/WSe22 agus Gr/MoSe2/WSe22. Léiríonn gach leagan iompar ambipolar de graphene, a bhaineann leis an easpa bearna banna.
Fuarthas amach freisin go dtarlaíonn seoltacht agus téamh srutha sa chiseal uachtarach (graphene), ós rud é go bhfuil a seoltacht leictreach níos airde ná mar atá i MoS2 agus WSe22.
Chun aonchineálacht na bhfeistí tástáladh a léiriú, rinneadh tomhais ag baint úsáide as micreascópacht taiscéalaíochta Kelvin (KPM) agus scanadh micreascópachta teirmeach (SThM). Ar an gcairt 2d Taispeántar tomhais KPM a thaispeánann an dáileadh líneach féideartha. Léirítear torthaí na hanailíse STthM i 2e. Feicimid anseo léarscáil de chainéil Gr/MoS2/WSe22 a théitear go leictreach, chomh maith le láithreacht aonfhoirmeachta sa téamh dromchla.
Dheimhnigh na teicnící scanadh a bhfuil cur síos orthu thuas, go háirithe SThM, aonchineálacht an struchtúir atá faoi staidéar, is é sin, a aonchineálacht, i dtéarmaí teochta. Ba é an chéad chéim eile ná teocht gach ceann de na sraitheanna comhábhar a chainníochtú ag baint úsáide as speictreascópacht Raman (ie, speictreascópacht Raman).
Rinneadh tástáil ar na trí fheiste, gach ceann acu le limistéar ~40 µm2. Sa chás seo, d'athraigh an chumhacht téitheoir 9 mW, agus bhí an chumhacht léasair ionsúite faoi bhun ~5 μW le limistéar spot léasair de ~ 0.5 μm2.
Íomhá #3
Ar an gcairt 3 tá méadú ar theocht (∆T) gach ciseal agus foshraith le feiceáil de réir mar a mhéadaíonn cumhacht an téitheoir san heitreastruchtúr Gr/MoS2/WSe22.
Léiríonn fánaí na feidhme líneach do gach ábhar (ciseal) an fhriotaíocht theirmeach (Rth=∆T/P) idir an ciseal aonair agus an doirteal teasa. Ós rud é go bhfuil dáileadh aonfhoirmeach teasa thar an limistéar, is féidir anailís a dhéanamh go héasca ar fhriotaíocht theirmeach ón gciseal bun go dtí an barr, agus déantar a gcuid luachanna a ghnáthú ag limistéar an chainéil (WL).
Is é L agus W fad agus leithead an chainéil, atá i bhfad níos mó ná tiús an tsubstráit SiO2 agus an fad téimh teirmeach cliathánach, atá ~ 0.1 μm.
Mar sin, is féidir linn an fhoirmle maidir le friotaíocht teirmeach an tsubstráit Si a dhíorthú, a bheidh cuma mar seo:
Rth,Si ≈ (WL)1/2 / (2ksi)
Sa chás seo kSi ≈ 90 W m−1 K−1, arb é an seoltacht theirmeach a bhfuiltear ag súil leis i bhfoshraith arddhópáilte den sórt sin.
Is é an difríocht idir Rth, WSe2 agus Rth,Si suim na friotaíochta teirmeach de 2 nm tiubh SiO100 agus friotaíocht teorann teirmeach (TBR) an chomhéadain WSe2/SiO2.
Agus na gnéithe thuas go léir á gcur le chéile, is féidir linn a shuíomh go bhfuil Rth,MoS2 − Rth, WSe2 = TBRMoS2/WSe2, agus Rth,Gr - Rth,MoS2 = TBRGr/MoS2. Mar sin, as an ngraf 3 is féidir an luach TBR a bhaint as gach ceann de na comhéadain WSe2/SiO2, MoS2/WSe2 agus Gr/MoS2.
Ansin, rinne na heolaithe comparáid idir friotaíocht teirmeach iomlán na heitreastruchtúr go léir, arna thomhas ag baint úsáide as speictreascópacht Raman agus micreascópacht theirmeach (3b).
Léirigh heitreastruchtúr déchiseal agus trilayer ar SiO2 friotaíocht teirmeach éifeachtach sa raon 220 go 280 m2 K/GW ag teocht an tseomra, atá comhionann le friotaíocht teirmeach SiO2 le tiús 290 go 360 nm. In ainneoin nach bhfuil tiús na heterostructures atá á staidéar níos mó ná 2 nm (1d-1f), is é a seoltacht theirmeach 0.007-0.009 W m−1 K−1 ag teocht an tseomra.
Íomhá #4
Taispeánann Íomhá 4 tomhais na gceithre struchtúr go léir agus seoltacht teorann teirmeach (TBC) a gcomhéadain, rud a ligeann dúinn méid tionchair gach ciseal a mheas ar an bhfriotaíocht theirmeach a thomhaistear roimhe seo (TBC = 1 / TBR).
Tugann na taighdeoirí faoi deara gurb é seo an chéad tomhas TBC riamh le haghaidh comhéadain atá gar go hadamhach idir monashraitheanna ar leith (2D/2D), go sonrach idir monaiteoirí WSe2 agus SiO2.
Tá an TBC de chomhéadan monolayer WSe2/SiO2 níos ísle ná an comhéadan ilchiseal WSe2/SiO2, rud nach ábhar iontais ós rud é go bhfuil i bhfad níos lú modhanna lúbthachta fónóin ar fáil le tarchur ag an monashraith. Go simplí, tá TBC an chomhéadain idir sraitheanna 2D níos ísle ná TBC an chomhéadain idir an ciseal 2D agus an tsubstráit 3D SiO2 (4b).
Le haghaidh aithne níos mionsonraithe ar nuances an staidéir, molaim féachaint ar и dó.
Epilogue
Tugann an taighde seo, mar a éilíonn na heolaithe iad féin, eolas dúinn ar féidir a chur i bhfeidhm i gcur i bhfeidhm comhéadain teirmeacha adamhach. Léirigh an obair seo an fhéidearthacht go gcruthófaí meiteábhair teas-inslithe nach bhfuil a n-airíonna le fáil sa nádúr. Ina theannta sin, dheimhnigh an staidéar freisin go bhféadfaí tomhais teochta beacht a dhéanamh ar struchtúir den sórt sin, in ainneoin scála adamhach na sraitheanna.
Is féidir leis na heitreastruchtúir a bhfuil cur síos orthu thuas a bheith ina mbonn do “sciathanna” ultra-éadrom agus dlúth-theirmeacha, atá in ann, mar shampla, teas a bhaint as spotaí te i leictreonaic. Ina theannta sin, is féidir an teicneolaíocht seo a úsáid i gineadóirí thermoelectric nó feistí rialaithe teirmeach, ag méadú a gcuid feidhmíochta.
Deimhníonn an staidéar seo arís go bhfuil suim mhór ag an eolaíocht nua-aimseartha sa phrionsabal “éifeachtúlacht i meirleach,” nach féidir smaoineamh dúr a thabhairt air, i bhfianaise acmhainní teoranta an phláinéid agus an fás leanúnach san éileamh ar gach cineál nuálaíochta teicneolaíochta.
Go raibh maith agat as léamh, bígí fiosrach agus bíodh seachtain iontach agaibh! 🙂
Go raibh maith agat as fanacht linn. An maith leat ár n-alt? Ag iarraidh ábhar níos suimiúla a fheiceáil? Tacaigh linn trí ordú a dhéanamh nó moladh a thabhairt do chairde, Lascaine 30% d’úsáideoirí Habr ar analóg uathúil de fhreastalaithe leibhéal iontrála, a cheap muid duit: (ar fáil le RAID1 agus RAID10, suas le 24 croíleacan agus suas le 40GB DDR4).
Dell R730xd 2 uair níos saoire? Ach anseo san Ísiltír! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - ó $99! Léigh faoi
Foinse: will.com