Xbox 360-ийн эрин үеийг туулсан дэлхийн олон тоглогчид консол нь өндөг шарж болох хайруулын таваг болж хувирсан нөхцөл байдлыг маш сайн мэддэг. Үүнтэй төстэй гунигтай нөхцөл байдал нь зөвхөн тоглоомын консолд төдийгүй утас, зөөврийн компьютер, таблет болон бусад олон зүйлд тохиолддог. Зарчмын хувьд бараг бүх электрон төхөөрөмж дулааны цочролыг мэдрэх боломжтой бөгөөд энэ нь зөвхөн түүний эвдрэл, эзнийхээ бухимдал төдийгүй батерейны "муу тэсрэлт" болон ноцтой гэмтэлд хүргэж болзошгүй юм. Өнөөдөр бид Стэнфордын их сургуулийн эрдэмтэд комиксийн Ник Фьюри шиг халуунд мэдрэмтгий электрон эд ангиудыг хэт халалтаас хамгаалж, улмаар эвдэрч гэмтэхээс сэргийлдэг бамбай бүтээсэн судалгаатай танилцах болно. Эрдэмтэд дулааны бамбайг хэрхэн бүтээж чадсан бэ, түүний үндсэн бүрэлдэхүүн хэсгүүд юу вэ, энэ нь хэр үр дүнтэй вэ? Энэ болон бусад зүйлийн талаар бид судалгааны багийн тайлангаас олж мэдэх болно. Яв.
Судалгааны үндэс
Хэт халалтын асуудал маш удаан хугацаанд мэдэгдэж байсан бөгөөд эрдэмтэд үүнийг янз бүрийн аргаар шийддэг. Хамгийн алдартай нь шил, хуванцар, тэр ч байтугай агаарын давхаргыг ашиглах нь дулааны цацрагийн тусгаарлагчийн үүрэг гүйцэтгэдэг. Орчин үеийн бодит байдалд энэ аргыг дулаан тусгаарлах шинж чанараа алдалгүйгээр хамгаалалтын давхаргын зузааныг хэд хэдэн атом болгон бууруулж сайжруулж болно. Судлаачид яг ийм зүйл хийсэн.
Мэдээжийн хэрэг бид наноматериалуудын тухай ярьж байна. Гэсэн хэдий ч тэдгээрийг дулаан тусгаарлалтанд ашиглах нь өмнө нь хөргөлтийн долгионы урттай байсан тул төвөгтэй байсан.фонон*) электрон эсвэл фотоныхоос хамаагүй богино байна.
Фонон* - талст атомуудын чичиргээний хөдөлгөөний квант болох хагас бөөмс.
Нэмж дурдахад фононуудын бозоник шинж чанараас шалтгаалан тэдгээрийг хүчдэлээр хянах боломжгүй (цэнэг зөөгчтэй адил) бөгөөд энэ нь ерөнхийдөө хатуу биет дэх дулаан дамжуулалтыг хянахад хэцүү болгодог.
Өмнө нь хатуу биетүүдийн дулааны шинж чанарыг бүтцийн эмгэг, өндөр нягтралтай интерфэйсийн улмаас наноаминат хальс, супер тороор эсвэл фонон хүчтэй тархалтаас болж цахиур, германий нано утас ашиглан хянадаг байсныг судлаачид сануулж байна.
Дээр дурдсан дулаан тусгаарлах хэд хэдэн аргуудын хувьд эрдэмтэд зузаан нь хэд хэдэн атомаас хэтрэхгүй хоёр хэмжээст материалыг холбоход бэлэн байна, энэ нь тэдгээрийг атомын масштабаар хянахад хялбар болгодог. Тэд судалгаандаа ашигласан Ван дер Ваальс (vdW) атомын нимгэн 2D давхаргыг угсарч, тэдгээрийн гетероид бүтцийн туршид маш өндөр дулааны эсэргүүцэлтэй болно.
Ван дер Ваалсын хүчин* — 10-20 кЖ/моль энергитэй молекул хоорондын/атом хоорондын харилцан үйлчлэлийн хүч.
Шинэ техник нь 2 нм зузаан SiO2 (цахиурын давхар исэл) давхаргатай харьцуулж болохуйц 300 нм зузаан vdW гетероструктурт дулааны эсэргүүцлийг олж авах боломжийг олгосон.
Нэмж дурдахад, vdW гетерострукцуудыг ашиглах нь атомын массын нягтрал, чичиргээний горим бүхий гетероген XNUMX хэмжээст нэг давхаргад давхарга үүсгэх замаар атомын түвшинд дулааны шинж чанарыг хянах боломжтой болсон.
Тиймээс, муурны сахлаа татахгүй байж, энэхүү гайхалтай судалгааны үр дүнг авч үзье.
Судалгааны үр дүн
Юуны өмнө энэхүү судалгаанд ашигласан vdW гетероструктурын бичил бүтэц, оптик шинж чанаруудтай танилцъя.
Зураг №1
Зураг дээр 1 графен (Gr), MoSe2, MoS2, WSe22 болон SiO2/Si субстратаас бүрдэх дөрвөн давхаргат гетероструктурын хөндлөн огтлолын диаграммыг үзүүлэв. Бүх давхаргыг нэгэн зэрэг скан хийхийн тулд ашиглана уу Раман лазер* 532 нм долгионы урттай.
Раман лазер* - гэрлийг өсгөх гол механизм нь Раман тархалт болох лазерын төрөл.
Раман тархалт, эргээд тухайн бодисын молекулууд дээр оптик цацрагийн уян хатан бус тархалт бөгөөд энэ нь цацрагийн давтамжийн мэдэгдэхүйц өөрчлөлт дагалддаг.
Гетерострукцийн бичил бүтэц, дулааны болон цахилгааны нэгэн төрлийн байдлыг баталгаажуулахын тулд хэд хэдэн аргыг ашигласан: сканнер дамжуулах электрон микроскопи (STEM), фотолюминесценцийн спектроскопи (PL), Келвин мэдрэгчтэй микроскопи (KPM), сканнерийн дулааны микроскопи (SThM), түүнчлэн Раман спектроскопи ба термометр.
Зургийн зураг 1b улаан цэгээр тэмдэглэгдсэн байршилд SiO2/Si субстрат дээрх Gr/MoSe2/MoS22/WSe2 гетеро бүтцийн Раман спектрийг бидэнд харуулж байна. Энэхүү график нь давхаргын массив дахь моно давхарга бүрийн гарын үсэг, мөн Si субстратын гарын үсгийг харуулж байна.
дээр 1c-1f Gr/MoSe2/MoS2/WSe22 гетероструктурын харанхуй талбайн STEM зургийг үзүүлэв (1c) ба Gr/MoS2/WSe22 гетеро бүтэц (1d-1f) өөр өөр торны чиглэлтэй. STEM зургууд нь ямар ч бохирдолгүй, атомын хувьд ойрхон vdW цоорхойг харуулж, эдгээр гетероструктурын нийт зузааныг бүрэн харуулах боломжийг олгодог. Фотолюминесценцийн (PL) спектроскопи ашиглан том сканнердсан хэсгүүдэд давхаргын холболт байгаа нь батлагдсан.1g). Гетероструктурын доторх бие даасан давхаргын фотолюминесцент дохио нь тусгаарлагдсан нэг давхаргын дохиотой харьцуулахад мэдэгдэхүйц дарагддаг. Үүнийг үе үе хоорондын нягт харилцан үйлчлэлийн улмаас давхарга хоорондын цэнэгийг шилжүүлэх үйл явцтай холбон тайлбарлаж байгаа бөгөөд энэ нь ангалсны дараа улам хүчтэй болдог.
Зураг №2
Гетерострукцийн атомын хавтгайд перпендикуляр дулааны урсгалыг хэмжихийн тулд давхаргын массивыг дөрвөн датчик цахилгаан төхөөрөмж хэлбэрээр зохион байгуулав. Графены дээд давхарга нь палладий (Pd) электродуудтай холбогддог бөгөөд Раман термометрийн хэмжилтэнд халаагч болгон ашигладаг.
Энэхүү цахилгаан халаалтын арга нь оролтын хүчийг нарийн тооцоолох боломжийг олгодог. Өөр нэг боломжит халаалтын арга болох оптик нь бие даасан давхаргын шингээлтийн коэффициентийг үл тоомсорлодог тул хэрэгжүүлэхэд илүү хэцүү байх болно.
дээр 2 дөрвөн датчик хэмжих хэлхээг харуулж байна, ба 2b Туршиж буй бүтцийн дээд үзэмжийг харуулж байна. Хуваарь 2c Нэг нь зөвхөн графен, хоёр нь Gr/WSe22, Gr/MoSe2/WSe22 давхаргын массив агуулсан гурван төхөөрөмжийн хэмжсэн дулаан дамжуулах шинж чанарыг харуулж байна. Бүх хувилбарууд нь графены амбиполяр шинж чанарыг харуулдаг бөгөөд энэ нь зурвасын цоорхой байхгүйтэй холбоотой юм.
Түүнчлэн цахилгаан дамжуулах чанар нь MoS2 ба WSe22-ээс хэд хэдэн дахин өндөр байдаг тул дээд давхаргад (графен) гүйдэл дамжуулалт ба халаалт явагддаг болохыг тогтоожээ.
Туршилтанд хамрагдсан төхөөрөмжүүдийн нэгэн төрлийн байдлыг харуулахын тулд хэмжилтийг Келвин датчик микроскоп (KPM) болон сканнерийн дулааны микроскоп (SThM) ашиглан хийсэн. График дээр 2d KPM хэмжилтийг харуулж шугаман потенциалын тархалтыг харуулав. SThM шинжилгээний үр дүнг үзүүлэв 2e. Энд бид цахилгаан халаалттай Gr/MoS2/WSe22 сувгийн зураглал, түүнчлэн гадаргуугийн халаалтын жигд байдал байгааг харж байна.
Дээр дурдсан сканнердах аргууд, тухайлбал SThM нь судалж буй бүтцийн нэгэн төрлийн, өөрөөр хэлбэл температурын хувьд түүний нэгэн төрлийн байдлыг баталгаажуулсан. Дараагийн алхам нь Раман спектроскопи (жишээ нь, Раман спектроскопи) ашиглан бүрдүүлэгч давхарга бүрийн температурыг хэмжих явдал байв.
Бүх гурван төхөөрөмжийг туршсан бөгөөд тус бүр нь ~40 μm2 талбайтай. Энэ тохиолдолд халаагчийн хүч 9 мВт-аар өөрчлөгдөж, шингэсэн лазерын хүч нь ~ 5 μm0.5 лазер цэгийн талбайтай ~2 мкВт-аас бага байв.
Зураг №3
График дээр 3 Gr/MoS2/WSe22 гетероид бүтэц дэх халаагчийн хүч нэмэгдэхийн хэрээр давхарга ба субстрат бүрийн температурын өсөлт (∆T) харагдаж байна.
Материал (давхарга) бүрийн шугаман функцын налуу нь бие даасан давхарга ба дулаан шингээгчийн хоорондох дулааны эсэргүүцлийг (Rth=∆T/P) илэрхийлнэ. Халаалтын талбайн жигд тархалтыг харгалзан дулааны эсэргүүцлийг доороос дээд давхарга хүртэл хялбархан шинжлэх боломжтой бөгөөд энэ үед тэдгээрийн утгыг сувгийн талбай (WL) -ээр хэвийн болгодог.
L ба W нь сувгийн урт ба өргөн бөгөөд энэ нь SiO2 субстратын зузаан ба хажуугийн дулааны халаалтын уртаас хамаагүй их бөгөөд энэ нь ~0.1 μm юм.
Тиймээс бид Si субстратын дулааны эсэргүүцлийн томъёог гаргаж авах боломжтой бөгөөд энэ нь дараах байдалтай байна.
Rth,Si ≈ (WL)1/2 / (2kСи)
Энэ нөхцөлд kSi ≈ 90 Вт m−1 K−1, энэ нь ийм их хольцтой субстратын хүлээгдэж буй дулаан дамжилтын илтгэлцүүр юм.
Rth,WSe2 ба Rth,Si-ийн ялгаа нь 2 нм зузаан SiO100-ийн дулааны эсэргүүцэл ба WSe2/SiO2 интерфейсийн дулааны хилийн эсэргүүцлийн (TBR) нийлбэр юм.
Дээрх бүх талуудыг нэгтгэж үзвэл Rth,MoS2 − Rth,WSe2 = TBRMoS2/WSe2, Rth,Gr − Rth,MoS2 = TBRGr/MoS2 болохыг тогтоож чадна. Тиймээс графикаас 3 WSe2/SiO2, MoS2/WSe2 болон Gr/MoS2 интерфейс тус бүрийн TBR утгыг гаргаж авах боломжтой.
Дараа нь эрдэмтэд Раман спектроскопи болон дулааны микроскоп ашиглан хэмжсэн бүх гетероструктурын нийт дулааны эсэргүүцлийг харьцуулсан.3b).
SiO2 дээрх хоёр давхарга ба гурвалсан гетероид бүтэц нь тасалгааны температурт 220-280 м2 К/ГВт-ын хязгаарт үр дүнтэй дулааны эсэргүүцлийг харуулсан бөгөөд энэ нь 2-290 нм зузаантай SiO360-ийн дулааны эсэргүүцэлтэй тэнцэнэ. Судалгаанд хамрагдаж буй гетеро бүтцийн зузаан нь 2 нм-ээс ихгүй байгаа хэдий ч (1d-1f), тэдгээрийн дулаан дамжилтын илтгэлцүүр нь өрөөний температурт 0.007-0.009 Вт m−1 K−1 байна.
Зураг №4
Зураг 4 нь бүх дөрвөн бүтцийн хэмжилт ба тэдгээрийн интерфэйсүүдийн дулааны хил дамжилтын илтгэлцүүр (TBC) -ийг харуулсан бөгөөд энэ нь давхарга тус бүрийн өмнө хэмжсэн дулааны эсэргүүцэл (TBC = 1 / TBR) дээр үзүүлэх нөлөөллийн зэргийг үнэлэх боломжийг олгодог.
Энэ нь салангид нэг давхарга (2D/2D), ялангуяа WSe2 ба SiO2 давхаргын хоорондох атомын хувьд ойрхон интерфэйсийг тодорхойлох анхны TBC хэмжилт гэдгийг судлаачид тэмдэглэжээ.
Нэг давхаргат WSe2/SiO2 интерфэйсийн TBC нь олон давхаргат WSe2/SiO2 интерфэйсээс доогуур байдаг бөгөөд энэ нь моно давхарга нь дамжуулахад ашиглах боломжтой гулзайлтын фонон горимууд мэдэгдэхүйц бага байдаг тул энэ нь гайхмаар зүйл биш юм. Энгийнээр хэлбэл, 2D давхаргын хоорондох интерфейсийн TBC нь 2D давхарга ба 3D SiO2 субстрат хоорондын интерфейсийн TBC-ээс бага байна (4b).
Судалгааны нарийн ширийн зүйлстэй илүү дэлгэрэнгүй танилцахын тулд би үзэхийг зөвлөж байна и түүнд.
Эпилог
Эрдэмтдийн өөрсдийнх нь үзэж байгаагаар энэхүү судалгаа нь атомын дулааны интерфейсийг хэрэгжүүлэхэд ашиглаж болох мэдлэгийг бидэнд өгдөг. Энэ ажил нь шинж чанар нь байгальд байдаггүй дулаан тусгаарлагч метаматериал үүсгэх боломжийг харуулсан. Нэмж дурдахад, судалгаа нь давхаргын атомын масштабыг үл харгалзан ийм байгууламжийн температурын нарийн хэмжилт хийх боломжтой болохыг баталсан.
Дээр дурдсан гетерострукцууд нь жишээлбэл, электроникийн халуун цэгээс дулааныг арилгах чадвартай хэт хөнгөн, авсаархан дулааны "бамбай" -ын үндэс суурь болж чадна. Нэмж дурдахад энэ технологийг дулааны цахилгаан үүсгүүр эсвэл дулааны удирдлагатай төхөөрөмжид ашиглаж, гүйцэтгэлийг нь нэмэгдүүлдэг.
Манай гарагийн нөөц хязгаарлагдмал, бүх төрлийн технологийн шинэчлэлийн эрэлт тасралтгүй нэмэгдэж байгаа нөхцөлд орчин үеийн шинжлэх ухаан "хуруувч дахь үр ашиг" зарчмыг нухацтай сонирхож байгааг энэ судалгаа дахин баталж байна.
Анхаарал тавьсанд баярлалаа. Сонирхолтой байгаарай, бүгдээрээ долоо хоногийг сайхан өнгөрүүлээрэй! 🙂
Бидэнтэй хамт байсанд баярлалаа. Манай нийтлэл танд таалагдаж байна уу? Илүү сонирхолтой контент үзэхийг хүсч байна уу? Захиалга өгөх эсвэл найзууддаа санал болгох замаар биднийг дэмжээрэй, Хабр хэрэглэгчдэд зориулсан 30% хямдралтай, анхан шатны түвшний серверүүдийн өвөрмөц аналогийг бид танд зориулан зохион бүтээжээ. (RAID1 болон RAID10, 24 хүртэлх цөм, 40 ГБ хүртэл DDR4-тэй байх боломжтой).
Dell R730xd 2 дахин хямд байна уу? Зөвхөн энд Нидерландад! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - 99 доллараас! тухай уншина уу
Эх сурвалж: www.habr.com