Anpil joueurs atravè mond lan ki te fè eksperyans epòk Xbox 360 yo trè abitye ak sitiyasyon an lè konsole yo te tounen yon chodyè sou kote yo te kapab fri ze. Yon sitiyasyon tris menm jan an rive pa sèlman ak konsola jwèt, men tou ak telefòn, laptops, tablèt ak plis ankò. Nan prensip, prèske nenpòt aparèy elektwonik ka fè eksperyans chòk tèmik, ki ka mennen pa sèlman nan echèk li yo ak fache nan pwopriyetè li yo, men tou, nan "move boom" nan batri a ak aksidan grav. Jodi a nou pral fè konesans ak yon etid nan ki syantis nan Inivèsite Stanford, tankou Nick Fury nan komik yo, te kreye yon plak pwotèj ki pwoteje pati elektwonik chalè-sansib soti nan surchof epi, kòm yon rezilta, anpeche pann yo. Ki jan syantis yo jere yo kreye yon plak pwotèj tèmik, ki sa ki eleman prensipal li yo ak ki jan efikas li ye? Nou aprann sou sa a ak plis ankò nan rapò gwoup rechèch la. Ale.
Rechèch baz
Pwoblèm nan surchof te konnen pou yon tan trè lontan, ak syantis rezoud li nan yon varyete fason. Gen kèk nan ki pi popilè yo se itilize nan vè, plastik e menm kouch lè, ki sèvi kòm yon kalite izolan nan radyasyon tèmik. Nan reyalite modèn, metòd sa a ka amelyore pa diminye epesè kouch pwoteksyon an nan plizyè atòm san yo pa pèdi pwopriyete izolasyon tèmik li yo. Se egzakteman sa chèchè yo te fè.
Nou ap, nan kou, pale sou nanomateryèl. Sepandan, itilizasyon yo nan izolasyon tèmik te deja konplike pa lefèt ke longèdonn nan awozaj (fonon*) siyifikativman pi kout pase elektwon oswa foton.
fonn* - yon quasiparticle, ki se yon pwopòsyon nan mouvman an vibrasyon nan atòm kristal.
Anplis de sa, akòz nati bosonik fonon yo, li enposib kontwole yo pa vòltaj (tankou se fè ak transpòtè chaj), ki jeneralman fè li difisil kontwole transfè chalè nan solid.
Précédemment, pwopriyete tèmik solid yo, jan chèchè yo raple nou, yo te kontwole atravè fim nanolaminate ak superlattices akòz dezòd estriktirèl ak koòdone dansite segondè, oswa atravè nanofil Silisyòm ak germanium akòz gaye fonon fò.
Nan yon kantite metòd izolasyon tèmik ki dekri pi wo a, syantis yo gen konfyans pare yo atribiye materyèl ki genyen de dimansyon, epesè nan ki pa depase plizyè atòm, ki fè yo fasil kontwole sou yon echèl atomik. Nan etid yo yo te itilize van der Waals (vdW) asanble kouch atomik mens 2D pou reyalize trè wo rezistans tèmik nan tout heterostructure yo.
Fòs Van der Waals* — Fòs entèraksyon entèmolekilè/interatomik ak yon enèji 10-20 kJ/mol.
Nouvo teknik la te fè li posib pou jwenn rezistans tèmik nan yon heterostructure vdW 2 nm epè ki konparab ak sa ki nan yon kouch SiO2 (diyoksid silisyòm) 300 nm epè.
Anplis de sa, itilizasyon vdW heterostructures te fè li posib pou jwenn kontwòl sou pwopriyete tèmik nan nivo atomik atravè kouch monokouch XNUMXD etewojèn ak diferan dansite mas atomik ak mòd vibrasyon.
Se konsa, se pou nou pa rale moustach chat la epi ann kòmanse konsidere rezilta rechèch etonan sa a.
Rezilta rechèch
Premye a tout, se pou nou fè konesans ak karakteristik mikwostriktirèl ak optik etewostrikti vdW yo itilize nan etid sa a.
Imaj #1
Sou imaj la 1a montre yon dyagram kwa-seksyonèl nan yon heterostructure kat-kouch ki gen ladann (soti nan tèt anba): grafèn (Gr), MoSe2, MoS2, WSe22 ak yon SiO2 / Si substra. Pou eskane tout kouch ansanm, sèvi ak Raman lazè* ak yon longèdonn 532 nm.
Raman lazè* - yon kalite lazè nan ki mekanis prensipal la nan anplifikasyon limyè se Raman gaye.
Raman gaye, nan vire, se gaye inelastik nan radyasyon optik sou molekil yo nan yon sibstans, ki se akonpaye pa yon chanjman enpòtan nan frekans nan radyasyon an.
Plizyè metòd yo te itilize pou konfime mikwostriktirèl, tèmik ak elektrik omojèn heterostructures: mikwoskospi elektwonik transmisyon (STEM), spèktroskopi fotoluminesans (PL), mikwoskospi Kelvin pwofonde (KPM), mikwoskospi tèmik (SThM), osi byen ke spèktroskopi Raman ak tèmometri.
Изображение 1b montre nou spectre Raman yon heterostructure Gr/MoSe2/MoS2/WSe22 sou yon substra SiO2/Si nan kote ki make ak yon pwen wouj. Trase sa a montre siyati chak monokouch nan etalaj la kouch, osi byen ke siyati substrate Si la.
Sou 1c-1f Yo montre imaj STEM nan jaden nwa nan etewostrikti Gr/MoSe2/MoS2/WSe22 (1s) ak Gr/MoS2/WSe22 heterostructures (1d-1f) ak diferan oryantasyon lasi. Imaj STEM yo montre twou vid ki genyen vdW atomikman fèmen san okenn kontaminasyon, sa ki pèmèt epesè an jeneral nan heterostructures sa yo yo dwe konplètman vizib. Te prezans nan kouple interlayer konfime tou sou gwo zòn optik lè l sèvi avèk spèktroskopi fotoluminesans (PL).1g). Siyal fotoluminesan kouch endividyèl andedan heterostructure a siyifikativman siprime konpare ak siyal la nan yon monokouch izole. Sa a se eksplike pa pwosesis la nan transfè interlayer chaj akòz entèraksyon fèmen entèraksyon, ki vin menm pi fò apre recuit.
Imaj #2
Yo nan lòd yo mezire koule nan chalè pèpandikilè ak avyon yo atomik nan heterostructure a, etalaj la nan kouch yo te estriktire nan fòm lan nan aparèy elektrik kat-sond. Kouch anwo nan grafèn kontakte elektwòd Paladyòm (Pd) epi yo itilize kòm yon aparèy chofaj pou mezi tèmometri Raman.
Metòd chofaj elektrik sa a bay kantite egzak pouvwa D '. Yon lòt metòd chofaj posib, optik, ta pi difisil pou aplike akòz inyorans nan koyefisyan yo absòpsyon nan kouch endividyèl.
Sou 2a montre yon kous mezi kat-sond, ak 2b montre yon gade anlè nan estrikti a ke yo te teste. Orè 2s montre karakteristik transfè chalè mezire pou twa aparèy, youn ki gen sèlman grafèn ak de ki gen ranje kouch Gr/WSe22 ak Gr/MoSe2/WSe22. Tout variants demontre konpòtman anbipolè nan grafèn, ki asosye ak absans yon espas bann.
Li te jwenn tou ke kondiksyon aktyèl ak chofaj rive nan kouch siperyè a (grafèn), depi konduktiviti elektrik li yo se plizyè lòd nan grandè pi wo pase sa yo ki nan MoS2 ak WSe22.
Pou demontre omojeneite aparèy yo teste yo, yo te pran mezi lè l sèvi avèk mikwoskospi Kelvin pwofonde (KPM) ak mikwoskòp tèmik optik (SThM). Sou tablo a 2d Mezi KPM yo parèt revele distribisyon potansyèl lineyè a. Rezilta analiz SThM yo montre nan NAN. Isit la nou wè yon kat jeyografik elektrik chofe Gr/MoS2/WSe22 chanèl, osi byen ke prezans nan inifòmite nan chofaj sifas yo.
Teknik eskanè ki dekri pi wo a, an patikilye SThM, konfime omojèn nan estrikti ki anba etid la, se sa ki, omojèn li yo, an tèm de tanperati. Pwochen etap la se te mezire tanperati a nan chak kouch konstitiyan yo lè l sèvi avèk espektroskopi Raman (sa vle di, espektroskopi Raman).
Tout twa aparèy yo te teste, yo chak ak yon zòn nan ~ 40 µm2. Nan ka sa a, pouvwa aparèy chofaj la chanje pa 9 mW, ak pouvwa lazè absòbe a te anba ~ 5 μW ak yon zòn plas lazè nan ~ 0.5 μm2.
Imaj #3
Sou tablo a 3a yon ogmantasyon nan tanperati (∆T) nan chak kouch ak substra se vizib kòm pouvwa a aparèy chofaj nan eterostruktur Gr/MoS2/WSe22 ogmante.
Pant yo nan fonksyon lineyè a pou chak materyèl (kouch) endike rezistans nan tèmik (Rth=∆T/P) ant kouch endividyèl la ak koule chalè a. Bay distribisyon an inifòm nan chofaj sou zòn nan, rezistans tèmik yo ka fasilman analize soti nan anba a nan kouch anwo a, pandan ki valè yo nòmalize pa zòn nan kanal (WL).
L ak W se longè ak lajè kanal la, ki siyifikativman pi gran pase epesè substra SiO2 ak longè chofaj lateral tèmik, ki se ~ 0.1 μm.
Se poutèt sa, nou ka derive fòmil la pou rezistans nan tèmik nan substra a Si, ki pral gade tankou sa a:
Rth,Si ≈ (WL)1/2 / (2kSi)
Nan sitiyasyon sa a kSi ≈ 90 W m−1 K−1, ki se konduktiviti tèmik espere yon substra trè dope konsa.
Diferans ki genyen ant Rth,WSe2 ak Rth,Si se sòm total rezistans tèmik 2 nm SiO100 epè ak rezistans fwontyè tèmik (TBR) nan koòdone WSe2/SiO2.
Mete tout aspè ki anwo yo ansanm, nou ka etabli ke Rth,MoS2 - Rth,WSe2 = TBRMoS2/WSe2, ak Rth,Gr - Rth,MoS2 = TBRGr/MoS2. Se poutèt sa, soti nan graf la 3a li posib pou ekstrè valè TBR pou chak nan interfaces WSe2/SiO2, MoS2/WSe2 ak Gr/MoS2.
Apre sa, syantis yo te konpare rezistans total tèmik tout heterostructures, yo te mezire lè l sèvi avèk espektroskopi Raman ak mikwoskopi tèmik (3b).
Bilayer ak trikouch heterostructures sou SiO2 te montre efikas tèmik rezistans nan a ranje 220 a 280 m2 K/GW nan tanperati yon chanm, ki ekivalan a tèmik rezistans SiO2 ak yon epesè de 290 a 360 nm. Malgre lefèt ke epesè nan heterostructures yo anba etid pa depase 2 nm (1d-1f), konduktiviti tèmik yo se 0.007-0.009 W m−1 K−1 nan tanperati chanm.
Imaj #4
Imaj 4 montre mezi tout kat estrikti ak konduktiviti fwontyè tèmik (TBC) nan koòdone yo, ki pèmèt nou evalye degre enfliyans nan chak kouch sou rezistans nan tèmik te deja mezire (TBC = 1 / TBR).
Chèchè yo note ke sa a se premye mezi TBC pou entèfas atomik fèmen ant monokouch separe (2D/2D), espesyalman ant monokouch WSe2 ak SiO2.
TBC nan yon koòdone monokouch WSe2 / SiO2 pi ba pase sa yo ki nan yon koòdone multikouch WSe2 / SiO2, ki pa etone depi monokouch la gen siyifikativman mwens mòd fonon koube ki disponib pou transmisyon. Senpleman mete, TBC nan koòdone ki genyen ant kouch 2D pi ba pase TBC nan koòdone ki genyen ant kouch 2D a ak substra 3D SiO2 la (4b).
Pou yon konesans pi detaye ak nuans etid la, mwen rekòmande gade и pou li.
Épilogue
Rechèch sa a, jan syantis yo tèt yo reklame, ban nou konesans ki ka aplike nan aplikasyon an nan entèfas atomik tèmik. Travay sa a te montre posiblite pou kreye metamateryèl izolasyon chalè ki gen pwopriyete yo pa jwenn nan lanati. Anplis de sa, etid la konfime tou posibilite pou pote soti mezi tanperati egzak nan estrikti sa yo, malgre echèl la atomik nan kouch yo.
Heterostructures ki dekri pi wo a ka vin baz pou ultra-limyè ak kontra enfòmèl ant tèmik "pwoteksyon", ki kapab, pou egzanp, nan retire chalè nan tach cho nan elektwonik. Anplis de sa, teknoloji sa a ka itilize nan dèlko tèrmoelektrik oswa aparèy tèmik kontwole, ogmante pèfòmans yo.
Etid sa a yon lòt fwa ankò konfime ke syans modèn seryezman enterese nan prensip la nan "efikasite nan yon kouto," ki pa ka rele yon lide estipid, bay resous yo limite nan planèt la ak kwasans lan kontinyèl nan demann pou tout kalite inovasyon teknolojik.
Mèsi pou atansyon ou, rete kirye epi pase yon bon semèn tout moun! 🙂
Mèsi paske w rete avèk nou. Ou renmen atik nou yo? Vle wè plis kontni enteresan? Sipòte nou pa mete yon lòd oswa rekòmande pou zanmi, 30% rabè pou itilizatè Habr sou yon analòg inik nan sèvè nivo antre, ki te envante pa nou pou ou: (disponib ak RAID1 ak RAID10, jiska 24 nwayo ak jiska 40GB DDR4).
Dell R730xd 2 fwa pi bon mache? Sèlman isit la nan Netherlands! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - soti nan $ 99! Li sou
Sous: www.habr.com