Små justeringer til nanoribbon -kantstrukturer kan drastisk ændre varmeledning

Sort fosfor, en usædvanlig todimensionel (2-D) forbindelse, kan tilbyde strategier til at undgå at beskadige hot spots i nanoskala kredsløb, en ny undersøgelse fra A*STAR -forskere har afsløret.

Mens carbonatomer i grafenfilm sidder helt fladt på en overflade, sort phosphoren har en tydelig rynket form på grund af dets fosforatoms bindingspræferencer. Undersøgelser tyder på, at zig-zag-strukturen i denne 2-D film gør det muligt at opføre sig anderledes i forskellige retninger:den kan transportere elektroner langsomt langs en akse, for eksempel, men hurtigt i vinkelret retning.

Xiangjun Liu, fra A*STAR Institute of High Performance Computing bemærker, at sort fosforens muligheder rækker ud over højhastighedselektronik. "Det har optisk, mekanisk, og termiske egenskaber, der alle udviser retningsafhængighed, "siger han." Dette stammer fra den unikke puckered -struktur, som virkelig imponerede mig, da jeg første gang så det. "

Forskere teoretiserer, at overskydende varme kan trækkes fra nanoskala kredsløb ved hjælp af præcist kontrollerede fononer - 'quanta' eller pakker med vibrationsenergi - til stede i sorte fosforkomponenter.

Liu og kolleger fokuserede deres undersøgelse på et vigtigt strukturelt spørgsmål, der kan påvirke phosphorens varmeledningsevne-atomstrukturer i kanterne af 2-D-filmen. Forskere har forudsagt, at phosphoren enten kan have en dimerkant dannet ved kobling af to terminale atomer, eller en energisk stabil rørformet kant skabt af multi-atom binding.

For at forstå, hvordan forskellige kantstrukturer påvirker varmeledningsevne, A*STAR -teamet brugte computeralgoritmer, der simulerer fononoverførsel over en temperaturgradient. De modellerede phosphorenfilm som smalle, rektangulære nanoribbons og observerede, at varmeledningsevne for det meste var ensartet i uberørte nanoribbons. Dimeren og rør-terminerede modeller, på den anden side, foretrækkes at dirigere varme til centrale områder væk fra kanterne.

Yderligere beregninger afslørede, at de rørkantede modeller producerede forskellige fonon-excitationer fra de andre phosphorenstrukturer-de udviste en ny form for vridningsbevægelse, samt geometriske udvidelser og sammentrækninger omtalt som vejrtrækningstilstande. Disse yderligere bevægelser, forklarer Liu, er sandsynligvis derfor rørkanter fungerer så godt ved spredning af termiske vibrationer og forblev kølige.

Normalt, 2-D materialer har nedsat evne til at sprede varme, når de belastes sideværts. Nanoribbons, der er afsluttet med rør, imidlertid, har næsten konstant varmeledningsevne under belastning - en egenskab, der kan være nyttig i fremtidens bærbar teknologi.

"Den belastningsuafhængige termiske adfærd kan gavne enheder, der har brug for stabil ydeevne, mens de bliver anstrengt eller snoet, "siger Liu." Phosphoren har et stort potentiale for anvendelser af blød og fleksibel elektronik. "