Pierwszy pomiar temperatury w skali nano

Pierwszy pomiar temperatury w skali nano

Międzynarodowa grupa naukowców z Uniwersytetu w Michigan przedstawiła unikalny sposób rozparzania ciepła w miniaturowych skalach. Technologia pomoże przezwyciężyć główną przeszkodę w technologicznej drodze ku mniejszej i bardzie wydajnej elektronice.

Gdy prąd przepływa przez materiał, który przewodzi elektryczność, wytwarza ciepło. Zrozumienie w jakich miejscach elektroniki temperatura nagle wzrasta, pomaga inżynierom projektować wydajne oraz niezawodne komputery, telefony oraz inne urządzenie elektroniczne. Kiedy ciepło generowane jest przez większy obwód, łatwiej jest zlokalizować jego źródło. Klasyczna fizyka nie potrafi jednak opisać związku ciepła i energii elektrycznej w skali nano, gdy urządzenie jest wielkości nanometra i składa się zaledwie z paru atomów.

W ciągu następnych dwóch dekad, informatyka oraz badania inżynierów przewidują, że komputery oparte będą o urządzenia w skali atomowej. Dzisiejsze tranzystory mają rozmiar 20nm. Według prawa Moore'a w następnych latach wielkość ta będzie ciągle spadać ażdo tranzystora wielkości pojedynczego atomu.

„Najważniejszą rzeczą, jest więc zrozumienie związku między widzialnym ciepłem a strukturą elektronową urządzenia. Sprowadza się to do skali atomowej.", powiedział jeden z badaczy, Pramod Reddy. Wraz z kolegami pokazał eksperymentalnie, w jaki sposób temperatura zależy od przewodnictwa w tak małej skali. Wykazał również różnice między makroskopowymi efektami cieplnymi. Naukowcy są autorami ram do wyjaśnienia tego procesu.

W świecie makroskopowym, gdy prąd przemieszcza się przez przewodnik, ten nagrzewa się cały, tak jak elektrody wzdłuż ścieżki, którą płynie. Nanometrowy „drut", który składa się tylko z dwóch elektrod zachowuje się inaczej. Nagrzewa się, bowiem tylko jedna z nich. „W atomowej skali, całe ciepło jest skoncentrowane w jednym miejscu.", powiedział Reddy.

Aby dokonać obrazującego ten fakt eksperymentu, naukowcy wraz ze studentami rozwinęli technikę tworzenia stabilnych nanourządzeń oraz stożkowego miernika temperatury. Pojedyncze cząsteczki zostały uwięzione pomiędzy urządzeniem mierącym temperaturę a cienką płytką złota, dzięki czemu można było zmierzyć stopień rozproszenia ciepła w skali molekularnej.

„Rezultaty tej pracy są zgodne z założeniami dotyczącymi rozpraszania ciepła dokonanymi przez fizyka z IBM, Rolfa Landaurea.", powiedział Reddy. „Ponadto, nasze spostrzeżenia związane z obserwowanym zjawiskiem pozwolą lepiej zrozumieć relacje pomiędzy rozpraszaniem ciepła a zjawiskiem termoelektrycznym."

(rr)