Dolar 9,3088
Euro 10,8387
Altın 529,59
BİST 1.430
Adana Adıyaman Afyon Ağrı Aksaray Amasya Ankara Antalya Ardahan Artvin Aydın Balıkesir Bartın Batman Bayburt Bilecik Bingöl Bitlis Bolu Burdur Bursa Çanakkale Çankırı Çorum Denizli Diyarbakır Düzce Edirne Elazığ Erzincan Erzurum Eskişehir Gaziantep Giresun Gümüşhane Hakkari Hatay Iğdır Isparta İstanbul İzmir K.Maraş Karabük Karaman Kars Kastamonu Kayseri Kırıkkale Kırklareli Kırşehir Kilis Kocaeli Konya Kütahya Malatya Manisa Mardin Mersin Muğla Muş Nevşehir Niğde Ordu Osmaniye Rize Sakarya Samsun Siirt Sinop Sivas Şanlıurfa Şırnak Tekirdağ Tokat Trabzon Tunceli Uşak Van Yalova Yozgat Zonguldak
İstanbul 17 °C
Çok Bulutlu

Fizikçiler Elektronikte Aşırı Isınmayı Önlemeye Yardımcı Olabilecek Şaşırtıcı Nano Ölçekli Bir Gizemi Çözüyor

22.09.2021
27
Fizikçiler Elektronikte Aşırı Isınmayı Önlemeye Yardımcı Olabilecek Şaşırtıcı Nano Ölçekli Bir Gizemi Çözüyor

Bir lazer, ultra ince silikon çubukları ısıtır. Kredi bilgileri: Steven Burrows/JILA

CU Boulder’daki bir fizikçi ekibi, nano alemdeki şaşırtıcı bir olgunun ardındaki gizemi çözdü: Neden bazı ultra küçük ısı kaynakları, onları birbirine yaklaştırırsanız daha hızlı soğur. Bu hafta dergide yayınlanacak olan bulgular Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabı (PNAS), bir gün teknoloji endüstrisinin daha az aşırı ısınan daha hızlı elektronik cihazlar tasarlamasına yardımcı olabilir.

“Genellikle ısı, elektronik tasarımında zorlu bir husustur. CU Boulder ve Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü (NIST) arasında ortak bir araştırma enstitüsü olan JILA’da doktora sonrası araştırma görevlisi olan ortak yazar Joshua Knobloch, bir cihaz inşa ediyorsunuz ve ardından istenenden daha hızlı ısındığını keşfediyorsunuz. “Amacımız, ısı akışını verimli bir şekilde yönetmek için gelecekteki cihazları tasarlayabilmemiz için ilgili temel fiziği anlamaktır.”

Araştırma açıklanamayan bir gözlemle başladı. 2015 yılında, JILA’da fizikçiler Margaret Murnane ve Henry Kapteyn liderliğindeki araştırmacılar metal çubuklarla deney yapıyorlardı silikon bazlı bir insan saçının genişliğinden birçok kez daha inceydi. Bu çubukları bir lazerle ısıttıklarında garip bir şey oldu.

Knobloch, “Sezgilere çok ters davrandılar” dedi. “Bu nano ölçekli ısı kaynakları genellikle ısıyı verimli bir şekilde dağıtmaz. Ama onları birbirine yakın paketlerseniz çok daha çabuk soğurlar.”

Şimdi, araştırmacılar bunun neden olduğunu biliyor.

Yeni çalışmada, nano boyutlu çubuklarından ısı geçişini izlemek için bilgisayar tabanlı simülasyonlar kullandılar. Isı kaynaklarını birbirine yaklaştırdıklarında, ürettikleri enerjinin titreşimlerinin birbirinden sıçramaya başladığını, ısıyı dağıttığını ve çubukları soğutduğunu keşfettiler.

Grubun sonuçları, mikroişlemciler veya kuantum bilgisayar çipleri gibi yeni nesil küçük cihazların tasarlanmasında büyük bir zorluğun altını çiziyor: Çok küçük ölçeklere küçüldüğünüzde, ısı her zaman düşündüğünüz gibi davranmaz.

atom atom

Araştırmacılar, cihazlarda ısı iletiminin önemli olduğunu ekledi. Bilgisayar çipleri gibi elektroniklerin tasarımındaki küçük kusurlar bile sıcaklığın artmasına ve bir cihazda aşınma ve yıpranmaya neden olabilir. Teknoloji şirketleri giderek daha küçük elektronikler üretmeye çalışırken, katılarda ısı taşıyan atomların titreşimleri olan fononlara her zamankinden daha fazla dikkat etmeleri gerekecek.

Knobloch, “Isı akışı, kontrol etmeyi zorlaştıran çok karmaşık süreçleri içeriyor” dedi. “Fakat fononların küçük ölçekte nasıl davrandığını anlayabilirsek, taşımalarını uyarlayarak daha verimli cihazlar inşa etmemize izin verebiliriz.”

Tam da bunu yapmak için Murnane ve Kapteyn ve deneysel fizikçilerden oluşan ekibi, Ann ve HJ Smead Havacılık ve Uzay Mühendisliği Bilimleri Bölümü’nde profesör olan Mahmoud Hussein liderliğindeki bir grup teorisyenle güçlerini birleştirdi. Grubu, fononların hareketini simüle etme veya modelleme konusunda uzmanlaşmıştır.

Fizik Bölümü’nde nezaket randevusu olan Hüseyin, “Atomik ölçekte, ısı transferinin doğası yeni bir ışıkta ortaya çıkıyor” dedi.

Araştırmacılar, birkaç yıl önceki deneylerini esasen yeniden yarattılar, ancak bu sefer tamamen bir bilgisayarda. Bir tren rayındaki çıtalar gibi yan yana dizilmiş bir dizi silikon çubuk modellediler ve onları ısıttılar.

Knobloch, simülasyonların o kadar ayrıntılı olduğunu ve ekibin her birinin davranışını takip edebileceğini söyledi. atom modelde—toplamda milyonlarca—baştan sona.

“CU Boulder’daki Summit Supercomputer’ın hafızasının sınırlarını gerçekten zorluyorduk,” dedi.

Yönlendirme ısısı

Teknik karşılığını verdi. Araştırmacılar, örneğin, silikon çubuklarını yeterince uzağa yerleştirdiklerinde, ısının bu malzemelerden öngörülebilir bir şekilde kaçma eğiliminde olduğunu buldular. Enerji çubuklardan ve altlarındaki malzemeye sızarak her yöne dağıldı.

Ancak parmaklıklar birbirine yaklaştığında başka bir şey oldu. Bu kaynaklardan gelen ısı dağıldıkça, bu enerjinin kaynaklardan uzağa tekdüze bir yönde daha yoğun bir şekilde akması için etkili bir şekilde zorladı – tıpkı bir stadyumda birbirlerine karşı itişip kakışan ve sonunda çıkıştan sıçrayan bir insan kalabalığı gibi. Ekip bu fenomeni “yönlü termal kanallama” olarak tanımladı.

Knobloch, “Bu fenomen, ısının alt tabakaya ve ısı kaynaklarından uzağa taşınmasını arttırır.” Dedi.

Araştırmacılar, mühendislerin bir gün küçük elektroniklerde ısının nasıl aktığını daha iyi anlamak için bu olağandışı davranıştan yararlanabileceklerinden şüpheleniyorlar – bu enerjiyi çılgına çevirmek yerine istenen bir yola yönlendiriyorlar.

Şimdilik, araştırmacılar en son çalışmayı farklı disiplinlerden bilim insanlarının birlikte çalıştıklarında yapabilecekleri olarak görüyorlar.

Murnane, “Bu proje, Mahmoud’un grubu tarafından geliştirilen gelişmiş hesaplamalı analiz yöntemlerinin, yeni aşırı ultraviyole kuantum ışık kaynakları kullanarak grubumuz tarafından daha önce ortaya çıkarılan yeni malzeme davranışlarını anlamak için kritik öneme sahip olduğu, bilim ve mühendislik arasında çok heyecan verici bir işbirliğiydi” dedi. fizik.

Referans: “Yönlü termal kanallama: Isı kaynaklarının sıkı bir şekilde paketlenmesiyle tetiklenen bir olgu” 20 Eylül 2021, Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabı.
DOI: 10.1073/pnas.2109056118

Bu araştırma, Gerçek Zamanlı Fonksiyonel Görüntüleme üzerine STROBE Ulusal Bilim Vakfı Bilim ve Teknoloji Merkezi tarafından desteklenmiştir.

Yeni araştırmadaki diğer CU Boulder ortak yazarları arasında havacılık ve uzay mühendisliği bilimlerinde doktora sonrası araştırmacı olan Hossein Honarvar ve JILA’da yüksek lisans öğrencisi olan JILA ve Brendan McBennett yer alıyor. Eski JILA araştırmacıları Travis Frazer, Begoña Abad ve Jorge Hernandez-Charpak da çalışmaya katkıda bulundu.

.

Gelişmelerden zamanında haberdar olmak için Google News’te Bilim Portal’a ABONE OLUN

ZİYARETÇİ YORUMLARI - 0 YORUM

Henüz yorum yapılmamış.