Holder køligt med en sort halvleder

Som enhver, der har haft en bærbar computer eller mobiltelefon ved, de producerer varme, der har potentiale til at beskadige mikrochipsene indeni. Imidlertid, lagdelt, krystallinsk sort fosfor kan føre til et nyt mikrochipdesign, der lader varmen flyde væk og holder elektronerne i bevægelse. For første gang, forskere observerede, at sorte fosfor-nanobånd leder varme to gange mere i zig-zag-retningen sammenlignet med en anden retning.

Designere kan nu drage fordel af de orienteringsafhængige termiske egenskaber af fosfor til at holde mikroelektroniske enheder kølige og forbedre deres effektivitet. Den orienteringsafhængige adfærd kan øge energieffektiviteten i transistorer og termoelektriske enheder samt føre til mikrochips, der anvender forskellige orienteringer af fosfor til både afkøling og mikroelektronikdrift.

Sort fosfor er en naturlig lagdelt halvleder og er en lovende kandidat til elektronisk, optisk, og optoelektroniske applikationer. Teoretikere forudsagde, at forskellige krystallografiske orienteringer af sort fosfor kunne have høj varmestrøm og lav elektrisk ledningsevne; mens andre krystallografiske orienteringer kunne have lav varmestrøm og høj elektrisk ledningsevne. Imidlertid, måling af orienteringsafhængigheden af ​​disse egenskaber var ekstremt vanskelig.

Nu, forskere, ledet af forskere ved University of California-Berkeley, har målt de anisotrope termiske egenskaber i sorte fosfor nanobånd. I deres forskning, forskerne mikrofabrikerede nanobånd af sort fosfor til ophængte enheder for at måle små termiske gradienter og termisk ledningsevne. De fandt ud af, at den termiske ledningsevne var to gange højere i zig-zag krystalretningen end i retningen "lænestol". De observerede også, at de termiske egenskaber afhænger af nanoribbons størrelse. Det er blevet foreslået, at de anisotrope termiske egenskaber tilskrives forskelle i fononspredning og fonon-fononspredningshastigheder. Forskere kunne bruge en sådan orienteringsafhængig adfærd til at styre varmegenerering og spredning i transistorer og termoelektriske enheder. Endnu mere spændende, mikrochips kunne designes med køling optimeret ved hjælp af fosforkrystaller i en krystallografisk orientering, mens driften af ​​enheden styres ved at drage fordel af den elektriske ledningsevne af fosforkrystaller orienteret i en anden retning.