Gelek lîstikvanên li çaraliyê cîhanê ku ezmûna serdema Xbox 360-ê tecrûbir kirin, bi rewşa ku konsolê wan veguherî firingiyek ku li ser wan dikarin hêkan bipijînin, pir nas dikin. Rewşek wusa xemgîn ne tenê bi konsolên lîstikê, lê di heman demê de bi têlefon, laptop, tablet û hêj bêtir jî çêdibe. Di prensîbê de, hema hema her amûrek elektronîkî dikare şokek termal biceribîne, ku dikare ne tenê bibe sedema têkçûn û xemgîniya xwediyê wê, lê di heman demê de bibe sedema "boom xirab" a pîlê û birînek giran. Îro em ê bi lêkolînek ku tê de zanyarên Zanîngeha Stanfordê, mîna Nick Fury ji komiken, mertalek çêkiriye ku beşên elektronîkî yên hestiyar li germahiyê ji germbûna zêde diparêze û di encamê de, pêşî li têkçûna wan digire. Zanyaran çawa karîbûn mertalek germî ava bikin, pêkhateyên wê yên sereke çi ne û çiqas bandorker e? Em li ser vê yekê û bêtir ji rapora koma lêkolînê hîn dibin. Ajotin.
Bingeha lêkolînê
Pirsgirêka germbûna zêde ji demek pir dirêj ve tê zanîn, û zanyar wê bi awayên cûrbecûr çareser dikin. Hin ji yên herî populer karanîna cam, plastîk û hetta qatên hewayê ne, ku wekî celebek îzolatorên tîrêjê yên germê kar dikin. Di rastiyên nûjen de, ev rêbaz dikare bi kêmkirina qalindahiya tebeqeya parastinê bi çend atoman ve were çêtir kirin bêyî ku taybetmendiyên xweya însulasyona germê winda bike. Ya ku lêkolîneran kir tam ev e.
Bê guman em behsa nanomaterialan dikin. Lêbelê, karanîna wan di însulasyona germî de berê ji ber vê yekê tevlihev bû ku dirêjahiya pêlên sarkeran (fonon*) ji ya elektron an fotonan pir kurttir e.
Fonon* - quasiparticle, ku quantuma tevgera lerzî ya atomên krîstal e.
Wekî din, ji ber xwezaya bosonîk a fononan, ne gengaz e ku meriv wan bi voltajê kontrol bike (wek ku bi barkêşan tê kirin), ku bi gelemperî kontrolkirina veguheztina germê di maddeyên hişk de dijwar dike.
Berê, taybetmendiyên germî yên hişk, wekî ku lêkolîner ji me re tînin bîra me, bi fîlimên nanolaminate û superlattices ve ji ber tevliheviya avahîsaziyê û navberên tîrêjiya bilind, an jî bi nanowirên silicon û germanium ji ber belavbûna fononê ya bihêz ve têne kontrol kirin.
Ji hejmarek ji rêbazên îzolekirina germê yên ku li jor hatine destnîşan kirin, zanyar bi pêbawer amade ne ku materyalên du-dimensî ve girêbidin, qalindahiya wan ji çend atoman derbas nabe, ku kontrolkirina wan li ser pîvanek atomî hêsan dike. Di lêkolîna xwe de wan bikar anîn van der Waals (vdW) komkirina qatên 2D yên atomî tenik ji bo bidestxistina berxwedana germî ya pir bilind li seranserê heterostruktura wan.
Hêzên Van der Waals* - Hêzên danûstendina navmolekular/navatomî bi enerjiya 10-20 kJ/mol.
Teknîka nû îmkana bidestxistina berxwedana termalê di heterostrukturek vdW ya 2 nm qalind bi ya di qatek SiO2 (dîoksîta silicon) 300 nm qalind de peyda kir.
Wekî din, karanîna heterostrukturên vdW ev gengaz kiriye ku meriv di asta atomê de bi riya xêzkirina yekrengên heterojen ên XNUMXD yên bi tîrêjên girseya atomê yên cihêreng û awayên vibrasyonê ve kontrolê li ser taybetmendiyên termal bi dest bixe.
Ji ber vê yekê, bila em pisîkên pisîkê nekişînin û em dest pê bikin ku encamên vê lêkolîna ecêb bifikirin.
Encamên lêkolînê
Berî her tiştî, bila em bi taybetmendiyên mîkrostrukturî û optîkî yên heterostrukturên vdW yên ku di vê lêkolînê de têne bikar anîn nas bikin.
Wêne #1
Di wêneyê de 1a Diagramek xaçê ya heterostrukturek çar qat ku ji (ji serî heta binî) pêk tê nîşan dide: grafene (Gr), MoSe2, MoS2, WSe22 û substratek SiO2/Si. Ji bo şopandina hemî qatan bi hevdemî, bikar bînin Laser Raman* bi dirêjahiya pêlê 532 nm.
Laser Raman* - celebek lazerê ku mekanîzmaya sereke ya zêdekirina ronahiyê tê de belavbûna Raman e.
Raman belav dike, di serî de, belavbûna neelastîk a tîrêjên optîkî ye li ser molekulên maddeyekê, ku bi guherînek girîng di frekansa tîrêjê de pê re tê.
Ji bo piştrastkirina homojeniya mîkroavahî, termal û elektrîkî ya heterostrukturan gelek rêbaz hatin bikar anîn: mîkroskopa elektronîkî ya veguheztinê (STEM), spektroskopiya fotoluminescence (PL), mîkroskopiya sondaya Kelvin (KPM), mîkroskopiya germî ya şopandinê (SThM), û her weha spektroskopiya Raman û termometrî .
Image Image 1b Li cîhê ku bi xaleke sor hatiye nîşankirin, spektura Raman a heterostrukturek Gr/MoSe2/MoS2/WSe22 li ser substratek SiO2/Si nîşanî me dide. Ev nexşe îmzaya her monolayek di rêza qatê de, û hem jî îmzaya substratê Si nîşan dide.
li ser 1c-1f Wêneyên STEM-ê yên qada tarî yên heterostruktura Gr/MoSe2/MoS2/WSe22 têne xuyang kirin (1s) û heterostrukturên Gr/MoS2/WSe22 (1d-1f) bi rêgezên latê yên cihêreng. Wêneyên STEM-ê valahiyên vdW-ya atomî yên nêzik bêyî ti tevliheviyê destnîşan dikin, ku dihêle ku stûrahiya giştî ya van heterostrukturan bi tevahî xuya bibe. Di heman demê de hebûna hevberdana navberê jî li ser deverên lêgerînê yên mezin bi karanîna spektroskopiya fotoluminescence (PL) hate pejirandin (1g). Nîşana fotoluminescent a qatên takekesî yên di hundurê heterostrukturê de li gorî nîşana yekdestpêkek veqetandî bi girîngî tê tepisandin. Ev bi pêvajoya veguheztina bargiraniya navberê ya ji ber pêwendiya nêzik a navberê, ku piştî lêdanê hîn xurtir dibe, tê rave kirin.
Wêne #2
Ji bo pîvandina herikîna germê ya perpendîkular a li ser balafirên atomê yên heterostrukturê, rêza qatan di forma amûrên elektrîkî yên çar-sondî de hatî çêkirin. Tebeqeya jorîn a grafenê bi elektrodên palladyum (Pd) re têkilî dike û ji bo pîvandinên termometreya Raman wekî germker tê bikar anîn.
Ev rêbaza germkirina elektrîkê pîvana rastîn a hêza têketinê peyda dike. Rêbazek din a germkirinê ya gengaz, optîkî, dê ji ber nezanîna rêjeyên vegirtinê yên tebeqeyên kesane were pêkanîn dijwartir be.
li ser 2a çerxeke pîvandinê ya çar sonda nîşan dide, û 2b dîmenek jorîn a avahiya ku tê ceribandin nîşan dide. Pîlan 2s taybetmendiyên veguheztina germê ya pîvandî ji bo sê cîhazan destnîşan dike, yek ku tenê grafene û du jî rêzikên qata Gr/WSe22 û Gr/MoSe2/WSe22 hene. Hemî variant behreya ambipolar a grafene destnîşan dikin, ku bi nebûna valahiyek bandê ve girêdayî ye.
Di heman demê de hate dîtin ku guheztin û germbûna heyî di qata jorîn (grafen) de çêdibe, ji ber ku guheztina wê ya elektrîkî çend rêzik ji ya MoS2 û WSe22 mezintir e.
Ji bo nîşandana homojeniya amûrên ceribandinê, pîvandin bi karanîna mîkroskopa sonda Kelvin (KPM) û mîkroskopa germî ya şopandinê (SThM) hatin girtin. Li ser nexşeyê 2d Pîvandinên KPM-ê têne xuyang kirin ku belavkirina potansiyela xêzikî eşkere dike. Encamên analîza SThM di nav de têne destnîşan kirin 2s. Li vir em nexşeyek kanalên Gr/MoS2/WSe22 yên bi elektrîkê têne germ kirin, û her weha hebûna yekrengiyê di germkirina rûvî de dibînin.
Teknîkên şopandinê yên ku li jor hatine destnîşan kirin, bi taybetî SThM, homojeniya strukturê ya di binê lêkolînê de, ango homojeniya wê, di warê germahiyê de piştrast kir. Pêngava paşîn ev bû ku germahiya her yek ji qatên pêkhatî bi karanîna spektroskopiya Raman (ango, spektroskopiya Raman) were hejmartin.
Her sê cîhaz hatin ceribandin, her yek bi qadek ~ 40 μm2. Di vê rewşê de, hêza germkerê bi 9 mW guherî, û hêza lazerê ya ku tê guheztin di binê ~5 μW de bi qada lazerê ya ~0.5 μm2 bû.
Wêne #3
Li ser nexşeyê 3a Zêdebûna germahiyê (∆T) ya her qatek û substratê xuya ye dema ku hêza germkerê di heterostruktura Gr/MoS2/WSe22 de zêde dibe.
Zeviyên fonksiyona xêzikî ji bo her materyalê (tebeqê) berxwedana germî (Rth=∆T/P) di navbera qata ferdî û şûşa germê de nîşan dide. Ji ber belavkirina yekgirtî ya germkirinê li ser deverê, berxwedanên germî bi hêsanî ji binî ber bi qata jorîn ve têne analîz kirin, di dema ku nirxên wan ji hêla qada kanalê (WL) ve têne normalîze kirin.
L û W dirêjahî û firehiya kanalê ne, ku ji qalindahiya substrata SiO2 û dirêjahiya germkirina termal a alîgir, ku ~ 0.1 μm e, bi girîngî mezintir in.
Ji ber vê yekê, em dikarin formula ji bo berxwedana germî ya substrate Si derxînin, ku dê bi vî rengî xuya bike:
Rth,Si ≈ (WL)1/2 / (2kSi)
Di vê rewşê de kSi ≈ 90 W m−1 K−1, ku gihandina germê ya çaverêkirî ya substratek wusa pir dopîng e.
Cûdahiya di navbera Rth,WSe2 û Rth,Si de berhevoka berxwedana termal a 2 nm SiO100 stûr û berxwedana sînorê germî (TBR) ya navbera WSe2 / SiO2 ye.
Hemî aliyên jorîn bi hev re bidin hev, em dikarin destnîşan bikin ku Rth,MoS2 − Rth,WSe2 = TBRMoS2/WSe2, û Rth,Gr − Rth,MoS2 = TBRGr/MoS2. Ji ber vê yekê, ji grafikê 3a gengaz e ku meriv nirxa TBR ji bo her yek ji navgînên WSe2 / SiO2, MoS2 / WSe2 û Gr / MoS2 derxe.
Dûv re, zanyar berxwedana germî ya tevahî ya hemî heterostrukturan, ku bi karanîna spekroskopiya Raman û mîkroskopiya termal tê pîvandin dan ber hev.3b).
Li ser SiO2 heterostrukturên dulayer û sêlayer di germahiya odeyê de di navbera 220 û 280 m2 K / GW de berxwedana germî ya bi bandor nîşan dan, ku bi berxwedana germî ya SiO2 bi qalindahiya 290 û 360 nm re wekhev e. Tevî vê rastiyê ku qalindahiya heterostrukturên di bin lêkolînê de ji 2 nm derbas nabe (1d-1f), Germahiya wan di germahiya odeyê de 0.007-0.009 W m−1 K−1 e.
Wêne #4
Wêneya 4 pîvandinên her çar avahiyan û guheztina sînorê germî (TBC) ya navberên wan nîşan dide, ku dihêle em asta bandora her qatek li ser berxwedana germî ya berê hatî pîvandin (TBC = 1 / TBR) binirxînin.
Lekolînwan destnîşan dikin ku ev yekem pîvandina TBC-ê ye ji bo pêwendiyên atomî yên nêzîk ên di navbera yekrengên cihêreng (2D/2D), nemaze di navbera yekrengên WSe2 û SiO2 de.
TBC-ya navbeynkarek yekreng WSe2/SiO2 ji ya têkiliyek pirreng WSe2/SiO2 kêmtir e, ku ev ne ecêb e ji ber ku monolayer ji bo veguheztinê pir hindiktir modên fononê yên guheztinê hene. Bi hêsanî, TBC-ya pêwendiya di navbera qatên 2D de ji TBC-ya pêwendiya di navbera qata 2D û substrata 3D SiO2 de kêmtir e (4b).
Ji bo têgihîştina hûrgulî ya hûrgelên lêkolînê, ez pêşniyar dikim ku li ser çavan bigerim и ji wî re.
Încîlê
Ev lêkolîn, wekî ku zanyar bi xwe jî îddîa dikin, zanyariyên ku dikarin di pêkanîna navgînên termal ên atomê de werin sepandin, dide me. Vê xebatê îhtîmala afirandina metamaterialên germahiyê ku taybetmendiyên wan di xwezayê de nayên dîtin nîşan da. Wekî din, lêkolînê her weha îhtîmala pêkanîna pîvandinên germahiyê yên bi vî rengî, tevî pîvana atomî ya qatan jî piştrast kir.
Heterosktûrên ku li jor hatine destnîşan kirin dikarin bibin bingehek ji bo "mertalên germî yên ultra-ronak û kompakt", ku dikarin, mînakî, germê ji deqên germ ên elektronîkî derxînin. Wekî din, ev teknolojî dikare di jeneratorên termoelektrîkî an cîhazên bi germî têne kontrol kirin de were bikar anîn, ku performansa wan zêde dike.
Vê lêkolînê careke din piştrast dike ku zanista nûjen bi ciddî bi prensîba "berbiçavbûna di tilikê de" eleqedar e, ku meriv nikare ramanek ehmeqî jê re binav bike, ji ber çavkaniyên tixûbdar ên gerstêrkê û mezinbûna domdar a daxwazê ji bo her cûre nûvekirinên teknolojîk.
Spas ji bo xwendinê, meraq bimînin û hefteyek xweş hebe heval! 🙂
Spas ji bo ku hûn bi me re bimînin. Ma hûn ji gotarên me hez dikin? Ma hûn dixwazin naveroka balkêştir bibînin? Piştgiriya me bikin bi danîna fermanek an pêşniyarkirina hevalan, 30% erzanî ji bo bikarhênerên Habr li ser analogek bêhempa ya pêşkêşkerên asta têketinê, ku ji hêla me ve ji bo we hatî vedîtin: (bi RAID1 û RAID10, heta 24 core û heya 40 GB DDR4 peyda dibe).
Dell R730xd 2 car erzantir? Tenê li vir li Hollanda! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - ji $99! Li ser bixwînin
Source: www.habr.com