Nanoskala varmeflow forudsigelser

Fysikere designer nu nye materialer med fysiske egenskaber, der er skræddersyet til at opfylde specifikke energiforbrugsbehov. Før disse såkaldte materialer-by-design kan anvendes, det er vigtigt at forstå deres egenskaber, såsom varmeflow. Nu, et team af italienske fysikere har udviklet en forudsigelig teoretisk model for varmeflux i disse materialer, ved hjælp af atomskalaberegninger.

Forskningen, udført af Claudio Melis og kolleger fra University of Cagliary, Italien, er offentliggjort i European Physical Journal B . Deres resultater kan have konsekvenser for optimering af det termiske budget for nanoelektroniske enheder - hvilket betyder, at de kan hjælpe med at sprede den samlede mængde termisk energi, der genereres af elektronstrømme - eller i produktionen af ​​energi gennem termoelektriske effekter i nye nanomaterialer.

Forfatterne stolede på storskala molekylær dynamik simuleringer for at undersøge nanoskala termisk transport og bestemme de tilsvarende fysiske egenskaber, som bestemmer varmeledningsevnen. Traditionelle atomistiske beregningsmetoder involverer en stor beregningsmæssig arbejdsbyrde, som nogle gange forhindrer deres anvendelse på systemer, der er store nok til at modellere den eksperimentelle strukturelle kompleksitet af rigtige prøver.

I stedet, Melis og kolleger har vedtaget en metode kaldet approach equilibrium molecular dynamics (AEMD), som er robust og velegnet til at repræsentere store systemer. Dermed, den kan bruge simuleringer til at levere troværdige forudsigelser om termisk transport. Forfatterne undersøgte, i hvilket omfang pålideligheden af ​​AEMD-metodens resultater påvirkes af eventuelle implementeringsproblemer.

Ud over, de anvendte metoden til termisk transport i nanostruktureret silicium, et system af aktuel interesse med stor potentiel indvirkning på termoelektrisk teknologi, ved hjælp af simuleringer af hidtil uset størrelse. Ultimativt, modellen kan anvendes på halvledere, der anvendes som højeffektiv termoelektrik, og til grafen nanobånd, der bruges som køleplader til såkaldte ultra storskala integrationsanordninger, såsom computermikroprocessorer.