Ọpọlọpọ awọn oṣere kakiri agbaye ti o ni iriri akoko Xbox 360 jẹ faramọ pẹlu ipo naa nigbati console wọn yipada si pan didin lori eyiti wọn le din awọn ẹyin. Ipo ibanujẹ ti o jọra waye kii ṣe pẹlu awọn afaworanhan ere nikan, ṣugbọn pẹlu awọn foonu, kọǹpútà alágbèéká, awọn tabulẹti ati pupọ diẹ sii. Ni opo, fere eyikeyi ẹrọ itanna le ni iriri mọnamọna gbona, eyi ti o le ja ko nikan si ikuna rẹ ati ibinu ti oniwun rẹ, ṣugbọn tun si "ariwo buburu" ti batiri ati ipalara nla. Loni a yoo ni imọran pẹlu iwadi kan ninu eyiti awọn onimo ijinlẹ sayensi lati Ile-ẹkọ giga Stanford, bi Nick Fury lati awọn apanilẹrin, ti ṣẹda apata kan ti o daabobo awọn ẹya itanna ti o ni igbona lati igbona ati, bi abajade, ṣe idiwọ idinku wọn. Bawo ni awọn onimo ijinlẹ sayensi ṣe ṣakoso lati ṣẹda apata igbona, kini awọn paati akọkọ rẹ ati bawo ni o ṣe munadoko? A kọ ẹkọ nipa eyi ati diẹ sii lati inu ijabọ ti ẹgbẹ iwadii. Lọ.
Ipilẹ iwadi
Iṣoro ti igbona pupọ ti mọ fun igba pipẹ, ati pe awọn onimo ijinlẹ sayensi yanju rẹ ni awọn ọna oriṣiriṣi. Diẹ ninu awọn olokiki julọ ni lilo gilasi, ṣiṣu ati paapaa awọn ipele afẹfẹ, eyiti o jẹ iru awọn insulators ti itọsi igbona. Ni awọn otitọ ode oni, ọna yii le ni ilọsiwaju nipasẹ idinku sisanra ti Layer aabo si ọpọlọpọ awọn ọta laisi sisọnu awọn ohun-ini idabobo igbona rẹ. Iyẹn gan-an ni ohun ti awọn oniwadi ṣe.
A ti wa ni, dajudaju, sọrọ nipa nanomaterials. Bibẹẹkọ, lilo wọn ni idabobo igbona jẹ idiju tẹlẹ nipasẹ otitọ pe iwọn gigun ti awọn itutu (phonon*) jẹ pataki kuru ju ti awọn elekitironi tabi awọn photon.
Fonon* - a quasiparticle, eyi ti o jẹ kan kuatomu ti gbigbọn išipopada ti awọn ọta gara.
Ni afikun, nitori iseda bosonic ti awọn phonons, ko ṣee ṣe lati ṣakoso wọn nipasẹ foliteji (gẹgẹbi a ti ṣe pẹlu awọn gbigbe idiyele), eyiti o jẹ ki o nira ni gbogbogbo lati ṣakoso gbigbe ooru ni awọn ipilẹ.
Ni iṣaaju, awọn ohun-ini gbona ti awọn ipilẹ, bi awọn oniwadi ṣe leti wa, ni iṣakoso nipasẹ awọn fiimu nanolaminate ati awọn superlatices nitori rudurudu igbekale ati awọn atọkun iwuwo giga, tabi nipasẹ silikoni ati germanium nanowires nitori pipinka phonon ti o lagbara.
Si nọmba kan ti awọn ọna idabobo igbona ti a ṣalaye loke, awọn onimo ijinlẹ sayensi ti ṣetan ni igboya lati sọ awọn ohun elo onisẹpo meji, sisanra ti eyiti ko kọja awọn ọta pupọ, eyiti o jẹ ki wọn rọrun lati ṣakoso lori iwọn atomiki. Ninu iwadi wọn wọn lo van der Waals (vdW) apejọ ti awọn fẹlẹfẹlẹ 2D tinrin atomiki lati ṣaṣeyọri atako igbona giga ti o ga julọ jakejado heterostructure wọn.
Awọn ologun Van der Waals * - awọn ipa ibaraenisepo intermolecular / interatomic pẹlu agbara ti 10-20 kJ/mol.
Ilana tuntun jẹ ki o ṣee ṣe lati gba resistance igbona ni heterostructure vdW pẹlu sisanra ti 2 nm, ti o ṣe afiwe si ti o wa ninu Layer ti SiO2 (silicon dioxide) pẹlu sisanra ti 300 nm.
Ni afikun, lilo vdW heterostructures ti jẹ ki o ṣee ṣe lati ni iṣakoso lori awọn ohun-ini igbona ni ipele atomiki nipasẹ fifin ti awọn monolayers XNUMXD orisirisi pẹlu oriṣiriṣi awọn iwuwo atomiki ati awọn ipo gbigbọn.
Nitorina, jẹ ki a ma ṣe fa awọn whiskers ti o nran ati ki o jẹ ki a bẹrẹ lati ṣe akiyesi awọn esi ti iwadi iyanu yii.
Awọn abajade iwadi
Ni akọkọ, jẹ ki a ni oye pẹlu awọn abuda microstructural ati opiti ti awọn eto heterostructures vdW ti a lo ninu iwadi yii.
Aworan #1
Ninu aworan 1a ṣe afihan aworan atọka-agbelebu ti heterostructure mẹrin-Layer ti o ni (lati oke de isalẹ): graphene (Gr), MoSe2, MoS2, WSe22 ati sobusitireti SiO2/Si kan. Lati ṣayẹwo gbogbo awọn fẹlẹfẹlẹ nigbakanna, lo Lesa Raman* pẹlu igbi ti 532 nm.
Lesa Raman* - Iru lesa ninu eyiti ẹrọ akọkọ ti imudara ina jẹ pipinka Raman.
Raman tuka, leteto, jẹ itọka inelastic ti itọsi opiti lori awọn ohun elo ti nkan kan, eyiti o wa pẹlu iyipada nla ni igbohunsafẹfẹ ti itankalẹ.
Awọn ọna pupọ ni a lo lati jẹrisi microstructural, igbona ati isọdọkan itanna ti awọn ile-iṣẹ heterostructures: ọlọjẹ gbigbe elekitironi microscopy (STEM), photoluminescence spectroscopy (PL), Kelvin probe microscopy (KPM), airi airi gbona (SThM), bi daradara bi Raman spectroscopy ati thermometry .
Aworan 1b fihan wa ni irisi Raman ti Gr/MoSe2/MoS2/WSe22 heterostructure lori SiO2/Si sobusitireti ni ipo ti samisi pẹlu aami pupa kan. Idite yii ṣe afihan ibuwọlu ti monolayer kọọkan ninu apẹrẹ Layer, bakanna bi ibuwọlu ti sobusitireti Si.
Ni 1c-1f Awọn aworan STEM aaye dudu ti Gr/MoSe2/MoS2/WSe22 heterostructure ti han (1c) ati Gr/MoS2/WSe22 heterostructures (1d-1f) pẹlu orisirisi awọn itọnisọna latissi. Awọn aworan STEM ṣe afihan awọn ela vdW atomically laisi ibajẹ eyikeyi, gbigba sisanra gbogbogbo ti awọn ẹya heterostructures wọnyi lati han ni kikun. Iwaju isọdọkan interlayer ni a tun jẹrisi lori awọn agbegbe ibojuwo nla nipa lilo spectroscopy photoluminescence (PL).1g). Ifihan agbara fọtoluminescent ti awọn ipele kọọkan ninu heterostructure jẹ tiipa ni pataki ni akawe si ifihan ti monolayer ti o ya sọtọ. Eyi jẹ alaye nipasẹ ilana ti gbigbe idiyele interlayer nitori ibaraenisepo interlayer ti o sunmọ, eyiti o di paapaa ni okun sii lẹhin annealing.
Aworan #2
Lati le wiwọn sisan ooru ni papẹndikula si awọn ọkọ ofurufu atomiki ti heterostructure, titobi ti awọn fẹlẹfẹlẹ ni a ṣeto ni irisi awọn ẹrọ itanna oniwadi mẹrin. Apa oke ti awọn amọna awọn olubasọrọ graphene palladium (Pd) ati pe a lo bi igbona fun awọn wiwọn thermometry Raman.
Ọna alapapo itanna yii n pese iwọn kongẹ ti agbara titẹ sii. Ọna alapapo miiran ti o ṣeeṣe, opitika, yoo nira diẹ sii lati ṣe nitori aimọkan ti awọn iye-iye gbigba ti awọn fẹlẹfẹlẹ kọọkan.
Ni 2a fihan a mẹrin-iwadi wiwọn Circuit, ati 2b fihan a oke wo ti awọn be ni idanwo. Iṣeto 2c fihan awọn abuda gbigbe gbigbe ooru ti iwọn fun awọn ẹrọ mẹta, ọkan ti o ni graphene nikan ati meji ti o ni Gr/WSe22 ati Gr/MoSe2/WSe22 awọn akopọ Layer. Gbogbo awọn iyatọ ṣe afihan ihuwasi ambipolar ti graphene, eyiti o ni nkan ṣe pẹlu isansa aafo ẹgbẹ kan.
O tun rii pe adaṣe lọwọlọwọ ati alapapo waye ni ipele oke (graphene), niwọn bi ina eletiriki rẹ jẹ awọn aṣẹ titobi pupọ ti o ga ju ti MoS2 ati WSe22 lọ.
Lati ṣe afihan isokan ti awọn ẹrọ idanwo, awọn wiwọn ni a mu ni lilo Kelvin probe microscopy (KPM) ati ọlọjẹ airi gbona (SThM). Lori chart 2d Awọn wiwọn KPM ṣe afihan pinpin agbara laini. Awọn abajade ti itupalẹ SthM ti han ni Awọn ọdun 2. Nibi a rii maapu kan ti awọn ikanni Gr/MoS2/WSe22 ti itanna kikan, bakanna bi wiwa iṣọkan ni alapapo dada.
Awọn ilana ọlọjẹ ti a ṣalaye loke, ni pataki SthM, jẹrisi isokan ti eto ti o wa labẹ iwadi, iyẹn ni, isokan rẹ, ni awọn ofin ti awọn iwọn otutu. Igbesẹ t’o tẹle ni lati ṣe iwọn iwọn otutu ti ọkọọkan awọn ipele ti o wa ni agbegbe ni lilo Raman spectroscopy (ie, Raman spectroscopy).
Gbogbo awọn ẹrọ mẹta ni idanwo, ọkọọkan pẹlu agbegbe ti ~ 40 µm2. Ni ọran yii, agbara ẹrọ ti ngbona yipada nipasẹ 9 mW, ati pe agbara lesa ti o gba ni isalẹ ~ 5 μW pẹlu agbegbe iranran laser ti ~ 0.5 μm2.
Aworan #3
Lori chart 3a ilosoke ninu iwọn otutu (∆T) ti Layer kọọkan ati sobusitireti han bi agbara igbona ni Gr/MoS2/WSe22 heterostructure n pọ si.
Awọn oke ti iṣẹ laini fun ohun elo kọọkan (Layer) tọkasi resistance igbona (Rth = ∆T / P) laarin Layer kọọkan ati ifọwọ ooru. Fi fun pinpin iṣọkan ti alapapo lori agbegbe, awọn atako igbona le ṣe itupalẹ ni rọọrun lati isalẹ si Layer oke, lakoko eyiti awọn iye wọn jẹ deede nipasẹ agbegbe ikanni (WL).
L ati W jẹ gigun ikanni ati iwọn, eyiti o jẹ pataki ti o tobi ju sisanra ti sobusitireti SiO2 ati gigun alapapo ita ita, eyiti o jẹ ~ 0.1 μm.
Nitorinaa, a le ṣe agbekalẹ agbekalẹ fun resistance igbona ti sobusitireti Si, eyiti yoo dabi eyi:
Rth, Si ≈ (WL) 1/2 / (2kSi)
Ni ipo yii kSi ≈ 90 W m-1 K-1, eyiti o jẹ ifasilẹ igbona ti o nireti ti iru sobusitireti doped ti o ga julọ.
Iyatọ laarin Rth, WSe2 ati Rth, Si jẹ apao ti resistance igbona ti 2 nm nipọn SiO100 ati resistance aala igbona (TBR) ti wiwo WSe2/SiO2.
Ni fifi gbogbo awọn aaye ti o wa loke papọ, a le fi idi Rth, MoS2 - Rth, Wse2 = TBRMoS2/Wse2, ati Rth, Gr - Rth, MoS2 = TBRGr/MoS2. Nitorina, lati awonya 3a o ṣee ṣe lati yọkuro iye TBR fun ọkọọkan WSe2/SiO2, MoS2/Wse2 ati awọn atọkun Gr/MoS2.
Nigbamii ti, awọn onimo ijinlẹ sayensi ṣe afiwe lapapọ resistance igbona ti gbogbo awọn ọna-itumọ, ni iwọn lilo Raman spectroscopy ati microscopy gbona (3b).
Bilayer ati trilayer heterostructures lori SiO2 ṣe afihan imunadoko igbona ti o munadoko ni iwọn 220 si 280 m2 K/GW ni iwọn otutu yara, eyiti o jẹ deede si resistance gbigbona ti SiO2 pẹlu sisanra ti 290 si 360 nm. Bíótilẹ o daju wipe sisanra ti awọn heterostructures labẹ iwadi ko koja 2 nm (1d-1f), Iṣeduro igbona wọn jẹ 0.007-0.009 W m-1 K-1 ni iwọn otutu yara.
Aworan #4
Aworan 4 ṣe afihan awọn wiwọn ti gbogbo awọn ẹya mẹrin ati iṣesi aala igbona (TBC) ti awọn atọkun wọn, eyiti o fun wa laaye lati ṣe iṣiro iwọn ipa ti Layer kọọkan lori resistance igbona ti iṣaaju (TBC = 1 / TBR).
Awọn oniwadi ṣe akiyesi pe eyi ni wiwọn TBC akọkọ-lailai fun awọn atọkun isunmọ atomiki laarin awọn monolayers lọtọ (2D/2D), pataki laarin WSe2 ati awọn monolayers SiO2.
TBC ti wiwo WSe2/SiO2 monolayer jẹ kekere ju ti wiwo WSe2/SiO2 multilayer kan, eyiti ko jẹ iyalẹnu nitori monolayer ni awọn ipo phonon tẹ ni pataki diẹ ti o wa fun gbigbe. Ni irọrun, TBC ti wiwo laarin awọn fẹlẹfẹlẹ 2D kere ju TBC ti wiwo laarin Layer 2D ati sobusitireti 3D SiO2 (4b).
Fun imọran alaye diẹ sii pẹlu awọn nuances ti iwadi naa, Mo ṣeduro wiwo и fún un.
Imudaniloju
Iwadi yii, gẹgẹbi awọn onimọ-jinlẹ funrara wọn sọ, fun wa ni imọ ti o le lo ninu imuse awọn atọkun igbona atomiki. Iṣẹ yii ṣe afihan iṣeeṣe ti ṣiṣẹda awọn metamaterials idabobo ooru ti awọn ohun-ini wọn ko rii ni iseda. Ni afikun, iwadi naa tun jẹrisi iṣeeṣe ti gbigbe awọn wiwọn iwọn otutu deede ti iru awọn ẹya, laibikita iwọn atomiki ti awọn fẹlẹfẹlẹ.
Awọn heterostructures ti a ṣalaye loke le di ipilẹ fun ina ultra-ina ati iwapọ awọn “idabobo” igbona, ti o lagbara, fun apẹẹrẹ, ti yọ ooru kuro ninu awọn aaye gbigbona ni ẹrọ itanna. Ni afikun, imọ-ẹrọ yii le ṣee lo ni awọn olupilẹṣẹ thermoelectric tabi awọn ẹrọ iṣakoso gbona, jijẹ iṣẹ wọn.
Iwadi yii tun jẹri lekan si pe imọ-jinlẹ ode oni nifẹ pataki si ipilẹ ti “iṣiṣẹ ni thimble kan,” eyiti a ko le pe ni imọran aṣiwere, ti a fun ni awọn orisun to lopin ti aye ati idagbasoke ilọsiwaju ni ibeere fun gbogbo iru awọn imotuntun imọ-ẹrọ.
O ṣeun fun akiyesi rẹ, duro iyanilenu ati ni ọsẹ nla kan gbogbo eniyan! 🙂
O ṣeun fun gbigbe pẹlu wa. Ṣe o fẹran awọn nkan wa? Ṣe o fẹ lati rii akoonu ti o nifẹ si diẹ sii? Ṣe atilẹyin fun wa nipa gbigbe aṣẹ tabi iṣeduro si awọn ọrẹ, ẹdinwo 30% fun awọn olumulo Habr lori afọwọṣe alailẹgbẹ ti awọn olupin ipele-iwọle, eyiti a ṣẹda nipasẹ wa fun ọ: (wa pẹlu RAID1 ati RAID10, to awọn ohun kohun 24 ati to 40GB DDR4).
Dell R730xd 2 igba din owo? Nikan nibi ni Netherlands! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - lati $99! Ka nipa
orisun: www.habr.com