Bilim insanları, katılar üzerinden ısı transferinde rol oynayan fononların iki farklı malzeme arasındaki sınırda nasıl davrandığını atom ölçeğinde ortaya koymayı başardı. Fononlar, atomların titreşimlerinden oluşan kuantum parçacıkları olarak bilinirken, bunların malzemeler arasında serbest akışı çoğu zaman mümkün olmuyor. Bu da arayüz termal direnci denen bir engel yaratıyor.
ATOM ÖLÇEĞİNDE GÖZLEM
Bu etkiyi doğrudan görmek bugüne dek mümkün değildi. Ancak Pekin Üniversitesi'nden bir ekip, elektron mikroskobisi tabanlı yeni bir yöntem geliştirerek bu engeli aştı. İki farklı malzeme –alüminyum nitrür (AlN) ve silisyum karbür (SiC)– arasında ısı akışı yarattıkları özel bir cihaz geliştiren araştırmacılar, nanometre altı hassasiyette ısı farklılıklarını ölçebildi.
İKİ NANOMETRELİK SİCİMLİK ISI
Sonuçlar çarpıcıydı: Arayüzde yalnızca 2 nanometrelik bir alanda 10–20 Kelvin'lik ani bir sıcaklık değişimi gözlendi. Oysa bu seviyedeki bir fark, aynı malzeme içinde onlarca nanometrede dağılır. Bu, arayüzlerdeki termal direncin, toplu malzemedekinden 30 ila 70 kat daha fazla olduğuna işaret ediyor.
EŞ DAĞILMAYAN ENERJİ
Ayrıca arayüz yakınındaki 3 nanometrelik alanda fononların denge dışı bir dağılım gösterdiği ve klasik Bose-Einstein istatistiğine uymadığı saptandı. Isı sadece yavaşlamakla kalmıyor, aynı zamanda yeniden şekilleniyor.
YENİ TASARIMLARA IŞIK TUTACAK
Bu yöntem, sıcaklığın atomik düzeyde nasıl aktığını ilk kez bu kadar detaylı göstermesiyle, elektronik cihaz tasarımında önemli bir eşik olabilir. Aşırı ısınmanın önlenmesi, nano çiplerin performansının artması ve kuantum cihazlardan pillere kadar farklı alanlarda verimliliğin artması bu bulgular sayesinde mümkün olabilir.
Araştırmacılar, yöntemin daha karmaşık yapılarda da uygulanabilmesi için çalışmalarını genişletmeyi planlıyor.
