Прорив, що врятує комп’ютери. Відкриття фізиків обіцяє кінець вічній боротьбі з перегрівом
Тепло — річ норовлива. Щойно воно з'являється всередині твердого тіла, як одразу розтікається на всі боки, і вгамувати його стає майже неможливо.
Саме тому перегрів залишається головним ворогом сучасних процесорів. Тепер дослідники з Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі кажуть, що тепло можна змусити рухатися не хаотично, а вузькими, спрямованими променями — наче світло в оптичному волокні.
Роботу опублікували в журналі Nature Physics, а очолив її професор Йонджі Ху. Щоб зрозуміти суть відкриття, варто знати одну деталь. Тепло крізь матеріал переносять фонони — квантові коливання кристалічної ґратки. Зазвичай вони розлітаються рівномірно навсібіч. Явище, коли фонони натомість шикуються в чіткі «промені», науковці знали давно, але спостерігали його тільки за екстремального холоду, близького до абсолютного нуля. Через це користі з нього було небагато.
Команда Ху вперше зафіксувала цей ефект за звичайної кімнатної температури. Сталося це в арсеніді бору — кристалі, відомому надзвичайно високою теплопровідністю.
Щоб побачити невидиме, науковці розробили спосіб зчитувати температуру на наномасштабі. У звичайних матеріалах тепло малювало рівні кола — класична картина розсіювання. А от арсенід бору поводився інакше: його теплові візерунки складалися в чіткі промені, які тяглися вздовж певних напрямків усередині кристала. Ба більше, варто було повернути кристал іншим боком, і малюнок передбачувано змінювався — промені шикувалися то в шести-, то у восьми-, то в чотирипроменеву зірку.
Чому це взагалі можливо саме тут? За кімнатної температури фонони зазвичай надто часто стикаються між собою й швидко втрачають свою хвильову природу — тепло розповзається звичним чином. У звичайних матеріалах фонони постійно б’ються об стінки й один одного, тому тепло «розповзається». Але в арсеніді бору вони рухаються вільніше і встигають пройти довгий шлях до зіткнення — саме це зберігає їхню впорядкованість навіть за кімнатної температури
«Це фундаментальне спостереження дає змогу мислити про керування теплом по-новому», — наголошує Ху. За його словами, здатність спрямовувати, фокусувати й перерозподіляти тепло з такою точністю закладає основу цілого нового напряму — квантової теплової інженерії. А заразом відкриває двері до майбутніх квантових технологій, де важить тонка взаємодія між теплом, електронами й іншими носіями енергії.
Источник: techno.nv.ua