Бисёре аз бозигарон дар саросари ҷаҳон, ки даврони Xbox 360-ро аз сар гузаронидаанд, бо вазъият хеле ошно ҳастанд, ки консолашон ба як табақи нонпазӣ табдил ёфт, ки дар он онҳо метавонистанд тухм бирён кунанд. Чунин вазъияти ғамангез на танҳо бо консолҳои бозӣ, балки дар телефонҳо, ноутбукҳо, планшетҳо ва ғайра низ рух медиҳад. Аслан, қариб ҳар як дастгоҳи электронӣ метавонад зарбаи гармиро аз сар гузаронад, ки он метавонад на танҳо ба нокомии он ва хашмгинии соҳиби он, балки ба "бади бад" -и батарея ва осеби ҷиддӣ оварда расонад. Имрӯз мо бо тадқиқоте шинос мешавем, ки дар он олимони Донишгоҳи Стэнфорд мисли Ник Фьюри аз комиксҳо сипаре сохтаанд, ки қисмҳои электронии ба гармӣ ҳассосро аз гармии зиёд муҳофизат мекунад ва дар натиҷа аз шикастани онҳо пешгирӣ мекунад. Ба олимон чй тавр муяссар шуд, ки сипари гармиро ба вучуд оваранд, кисмхои асосии он кадомхоанд ва он то чй андоза самаранок аст? Мо дар ин бора ва бештар аз гузориши гурӯҳи тадқиқотӣ маълумот мегирем. Бирав.
Асоси тадқиқот
Проблемаи аз ҳад зиёд гарм шудан дар муддати хеле тӯлонӣ маълум аст ва олимон онро бо роҳҳои гуногун ҳал мекунанд. Баъзе аз маъмултаринҳо истифодаи шиша, пластикӣ ва ҳатто қабатҳои ҳаво мебошанд, ки ҳамчун як навъ изолятсияи радиатсияи гармӣ хизмат мекунанд. Дар воқеияти муосир, ин усулро тавассути кам кардани ғафсии қабати муҳофизатӣ то якчанд атом бе гум кардани хосиятҳои гармидиҳии он такмил додан мумкин аст. Муҳаққиқон маҳз ҳамин тавр карданд.
Мо, албатта, дар бораи наноматериалхо сухан меронем. Бо вуҷуди ин, истифодаи онҳо дар изолятсияи гармӣ қаблан бо он душвор буд, ки дарозии мавҷи хунуккунандаҳо (фонон*) назар ба электронхо ё фотонхо хеле кутохтар аст.
Фонон* - квазизаррача, ки квантии харакати ларзиши атомхои кристалл мебошад.
Ба гайр аз ин, бинобар хусусияти бозоникии фононхо, онхоро бо шиддат идора кардан мумкин нест (чунон ки бо зарядгирандахо ичро карда мешавад), ки умуман идора кардани гармии гармиро дар чисмхои сахт душвор мегардонад.
Пештар, хосиятҳои гармии ҷисмҳои сахт, тавре ки муҳаққиқон ба мо хотиррасон мекунанд, тавассути плёнкаҳои наноламинатӣ ва суперлаттикаҳо аз сабаби вайроншавии сохторӣ ва интерфейсҳои зичии баланд ё тавассути нановимҳои кремний ва германий аз сабаби пароканда шудани фононҳо назорат карда мешуданд.
Ба як катор усулхои гармидихй, ки дар боло тавсиф карда шудаанд, олимон дилпурона тайёранд, ки материалхои ду-ченакаеро нисбат диханд, ки гафсии онхо аз якчанд атом зиёд нест, ки дар микьёси атом идора карданро осон мекунад. Дар омӯзиши худ онҳо истифода мебурданд ван дер Ваальс (vdW) васл кардани қабатҳои аз ҷиҳати атомӣ борик 2D барои ноил шудан ба муқовимати гармии хеле баланд дар тамоми гетероструктураи онҳо.
Қувваҳои Ван дер Ваалс* — қувваҳои мутақобилаи байнимолекулавӣ/байниатомӣ бо энергияи 10-20 кҶ/мол.
Техникаи нав имкон дод, ки муқовимати гармидиҳӣ дар гетероструктураи ғафсии 2 нм vdW бо он дар қабати ғафсии SiO2 (диоксиди кремний) 300 нм муқоиса карда шавад.
Илова бар ин, истифодаи гетероструктураҳои vdW имкон дод, ки назорати хосиятҳои гармиро дар сатҳи атом тавассути қабати қабатҳои моноқабатҳои гетерогении XNUMXD бо зичии гуногуни массаи атомӣ ва режимҳои ларзиш ба даст оранд.
Пас, биёед мӯйҳои гурбаро накашем ва биёед ба баррасии натиҷаҳои ин тадқиқоти аҷиб шурӯъ кунем.
Натиҷаҳои омӯзиш
Пеш аз ҳама, биёед бо хусусиятҳои микроструктуравӣ ва оптикии гетероструктураҳои vdW, ки дар ин тадқиқот истифода мешаванд, шинос шавем.
Тасвир №1
Дар тасвир 1а диаграммаи салиб-сессияи гетероструктураи чорқабатаи иборат аз (аз боло ба поён): графен (Gr), MoSe2, MoS2, WSe22 ва субстрати SiO2/Si нишон медиҳад. Барои скан кардани ҳамаи қабатҳо дар як вақт, истифода баред Раман лазер* бо дарозии мавҷ 532 нм.
Раман лазер* - як намуди лазер, ки дар он механизми асосии пурзӯркунии рӯшноӣ парокандагии Раман мебошад.
Парокандашавии Раман, дар навбати худ, парокандашавии ѓайриэластикии шуоъњои оптикї дар молекулањои модда мебошад, ки бо таѓйирёбии назарраси басомади шуоњо мушоњида мешавад.
Барои тасдиқи якхела будани микроструктурӣ, гармӣ ва электрикии гетероструктураҳо якчанд усулҳо истифода шуданд: микроскопияи электронии интиқол (STEM), спектроскопияи фотолюминесцентӣ (PL), микроскопияи зондӣ Келвин (KPM), микроскопияи сканерии гармӣ (SThM), инчунин спектроскопияи Раман ва термометрия.
Image Image 1b ба мо спектри Рамани гетероструктураи Gr/MoSe2/MoS2/WSe22-ро дар субстрати SiO2/Si дар макони бо нуқтаи сурх ишорашуда нишон медиҳад. Ин қитъа имзои ҳар як қабати қабати массиви қабатро, инчунин имзои субстрати Si нишон медиҳад.
Дар бораи он 1c-1f тасвирҳои STEM-и майдони торикии гетероструктураи Gr/MoSe2/MoS2/WSe22 нишон дода шудаанд (1s) ва гетероструктураҳои Gr/MoS2/WSe22 (1d-1f) бо ориентацияхои гуногуни торхо. Тасвирҳои STEM холигоҳҳои аз ҷиҳати атомӣ наздики vdW-ро бидуни ифлосшавӣ нишон медиҳанд, ки ғафсии умумии ин гетероструктураҳоро комилан намоён мекунанд. Мавҷудияти пайвастшавии байниқабатҳо инчунин дар минтақаҳои калони сканкунӣ бо истифода аз спектроскопияи фотолюминесцентӣ (PL) тасдиқ карда шуд.1g). Сигнали фотолюминесцентии кабатхои алохидаи дохили гетероструктура нисбат ба сигнали яккабатаи алохида хеле пахш карда мешавад. Ин бо раванди интиқоли зарядҳои байниқабатӣ аз сабаби таъсири мутақобилаи наздики байниқабатҳо шарҳ дода мешавад, ки пас аз гармкунӣ боз ҳам пурқувваттар мешавад.
Тасвир №2
Барои чен кардани чараёни гармии перпендикуляр ба хамворихои атомии гетероструктура массиви кабатхо дар шакли асбобхои электрикии чор-зонд сохта шудааст. Қабати болоии графен бо электродҳои палладий (Pd) тамос мегирад ва ҳамчун гармкунак барои андозагирии термометрии Раман истифода мешавад.
Ин усули гармидиҳии барқӣ миқдори дақиқи қувваи воридшударо таъмин мекунад. Усули дигари имконпазири гармидиҳӣ, оптикӣ, аз сабаби надонистани коэффициентҳои азхудкунии қабатҳои алоҳида душвортар мебуд.
Дар бораи он 2а схемаи ченкунии чор-зондро нишон медихад ва 2b намуди болоии сохтори санҷидашударо нишон медиҳад. Ҷадвал 2s хусусиятҳои ченшудаи интиқоли гармиро барои се дастгоҳ нишон медиҳад, ки яке танҳо графен дорад ва ду дорои массиви қабати Gr/WSe22 ва Gr/MoSe2/WSe22. Ҳама вариантҳо рафтори амбиполярии графенро нишон медиҳанд, ки бо набудани холигии банд алоқаманд аст.
Инчунин муайян карда шуд, ки гузариши ҷараён ва гармӣ дар қабати болоӣ (графен) ба амал меояд, зеро гузаронандагии электрикии он нисбат ба MoS2 ва WSe22 чанд маротиба зиёдтар аст.
Барои нишон додани якхела будани дастгоҳҳои санҷидашуда ченакҳо бо истифода аз микроскопияи зондӣ Келвин (KPM) ва микроскопияи гармии сканерӣ (SThM) гузаронида шуданд. Дар диаграмма 2d Андозаҳои KPM нишон дода мешаванд, ки тақсимоти потенсиали хатиро ошкор мекунанд. Натиҷаҳои таҳлили SThM дар 2с. Дар ин ҷо мо харитаи каналҳои бо нерӯи барқ тафсондашудаи Gr/MoS2/WSe22, инчунин мавҷудияти якрангии гармкунии рӯизаминиро мебинем.
Усулҳои дар боло тавсифшуда, аз ҷумла SThM, якхела будани сохтори таҳқиқшаванда, яъне якхела будани онро аз рӯи ҳарорат тасдиқ карданд. Қадами навбатӣ муайян кардани ҳарорати ҳар як қабати таркибӣ бо истифода аз спектроскопияи Раман (яъне спектроскопияи Раман) буд.
Ҳар се дастгоҳ санҷида шуданд, ки ҳар кадоми онҳо майдони ~ 40 мкм2 доранд. Дар ин ҳолат, қувваи гармкунак 9 мВт тағйир ёфт ва қувваи лазерии азхудшуда аз ~ 5 мкВт камтар буд ва майдони нуқтаи лазерӣ ~ 0.5 мкм2 буд.
Тасвир №3
Дар диаграмма 3а афзоиши ҳарорат (∆T)-и ҳар як қабат ва субстрат бо афзоиши қувваи гармкунак дар гетероструктураи Gr/MoS2/WSe22 намоён аст.
Нишебиҳои функсияи хатӣ барои ҳар як мавод (қабат) муқовимати гармиро (Rth=∆T/P) байни қабати инфиродӣ ва гармкунак нишон медиҳанд. Бо назардошти тақсимоти якхелаи гармӣ дар минтақа, муқовимати гармиро метавон аз поён то қабати боло ба осонӣ таҳлил кард, ки дар давоми он арзишҳои онҳо аз ҷониби майдони канал (WL) муқаррар карда мешаванд.
L ва W дарозӣ ва паҳнои канал мебошанд, ки аз ғафсии субстрати SiO2 ва дарозии гармидиҳии паҳлӯӣ, ки ~ 0.1 мкм аст, ба таври назаррас бузургтаранд.
Аз ин рӯ, мо метавонем формулаи муқовимати гармии субстрати Si-ро ба даст орем, ки чунин хоҳад буд:
Rth,Si ≈ (WL)1/2 / (2kСи)
Дар ин вазъият kSi ≈ 90 Вт m−1 K−1, ки ин иқтидори гармидиҳии интизории чунин субстрати аз ҳад зиёд омехташуда мебошад.
Фарқи байни Rth,WSe2 ва Rth,Si ҷамъи муқовимати гармии ғафсии 2 нм SiO100 ва муқовимати гармии сарҳади (TBR) интерфейси WSe2/SiO2 мебошад.
Ҳама ҷанбаҳои дар боло зикршударо якҷоя карда, мо метавонем муайян кунем, ки Rth, MoS2 − Rth, WSe2 = TBRMoS2/WSe2 ва Rth, Gr − Rth, MoS2 = TBRGr/MoS2. Бинобар ин, аз график 3а мумкин аст, ки ба истихроҷи арзиши TBR барои ҳар як интерфейси WSe2/SiO2, MoS2/WSe2 ва Gr/MoS2.
Баъдан, олимон муқовимати умумии гармии ҳама гетероструктураҳоро муқоиса карданд, ки бо истифода аз спектроскопияи Раман ва микроскопияи гармӣ чен карда шудаанд (3b).
Гетероструктураҳои дуқабата ва сеқабата дар SiO2 муқовимати гармидиҳии муассирро дар ҳудуди аз 220 то 280 м2 К/ГВт дар ҳарорати хонагӣ нишон доданд, ки ба муқовимати гармии SiO2 бо ғафсӣ аз 290 то 360 нм баробар аст. Сарфи назар аз он, ки ғафсии гетероструктураҳои мавриди омӯзиш аз 2 нм зиёд нест (1d-1f), гармии онҳо дар ҳарорати хонагӣ 0.007-0.009 Вт m−1 К−1 аст.
Тасвир №4
Тасвири 4 ченкунии ҳамаи чаҳор сохтор ва гузариши сарҳади гармии (TBC) интерфейсҳои онҳоро нишон медиҳад, ки ба мо имкон медиҳад, ки дараҷаи таъсири ҳар як қабатро ба муқовимати гармии қаблан ченшуда (TBC = 1 / TBR) арзёбӣ кунем.
Муҳаққиқон қайд мекунанд, ки ин аввалин ченкунии TBC барои интерфейсҳои аз ҷиҳати атомӣ наздик байни моноқабатҳои алоҳида (2D/2D), махсусан байни моноқабатҳои WSe2 ва SiO2 мебошад.
TBC интерфейси якқабати WSe2/SiO2 нисбат ба интерфейси бисёрқабатаи WSe2/SiO2 пасттар аст, ки ин тааҷҷубовар нест, зеро моноқабат дорои шеваҳои фонони хамида барои интиқол ба таври назаррас камтар аст. Оддӣ карда гӯем, TBC интерфейси байни қабатҳои 2D нисбат ба TBC интерфейси байни қабати 2D ва субстрати 3D SiO2 пасттар аст (4b).
Барои шиносоӣ бо нозукиҳои омӯзиш, ман тавсия медиҳам, ки ба он нигаред и ба ӯ.
Эпилогонӣ
Ин тадкикот, чунон ки худи олимон даъво мекунанд, ба мо донишхое медихад, ки онхоро дар татбики интерфейсхои гармии атомй истифода бурдан мумкин аст. Ин кор имкони-яти ба вучуд овардани мета-материалхои гармидихандаи онхоро нишон дод, ки хосияташон дар табиат дида намешавад. Гайр аз ин, тадкикот инчунин имконияти гузарондани ченкунии дакики харорати чунин конструкцияхоро сарфи назар аз микьёси атомии кабатхо тасдик кард.
Гетероструктураҳои дар боло тавсифшуда метавонанд асоси "сипарҳои гармии ултра сабук ва паймон" шаванд, масалан, қодиранд гармиро аз нуқтаҳои гарми электроника хориҷ кунанд. Илова бар ин, ин технологияро метавон дар генераторҳои термоэлектрикӣ ё дастгоҳҳои аз ҷиҳати гармӣ идорашаванда истифода бурд, ки самаранокии онҳоро баланд бардорад.
Ин тадќиќот бори дигар тасдиќ мекунад, ки илми муосир ба принсипи «самаранокї дар љаъба» ба таври љиддї манфиатдор аст, ки онро бо назардошти захирањои мањдуди сайёра ва афзоиши пайвастаи талабот ба њама гуна навоварињои технологї ѓояи аблањ номидан мумкин нест.
Ташаккур барои таваҷҷуҳ, кунҷков бошед ва ба ҳама ҳафтаи олӣ бахшед! 🙂
Ташаккур ба шумо барои бо мо мондан. Мақолаҳои мо ба шумо маъқуланд? Мехоҳед мундариҷаи ҷолибтарро бубинед? Бо фармоиш додан ё тавсия додан ба дӯстон моро дастгирӣ кунед, 30% тахфиф барои корбарони Habr дар аналоги беназири серверҳои сатҳи ибтидоӣ, ки аз ҷониби мо барои шумо ихтироъ шудааст: (бо RAID1 ва RAID10, то 24 ядро ва то 40 ГБ DDR4 дастрас аст).
Dell R730xd 2 маротиба арзонтар? Танҳо дар ин ҷо дар Нидерландия! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - аз $99! Дар бораи хондан
Манбаъ: will.com