Atomisk lasagne holder varmen i skak

Forskere fra Tokyo Metropolitan University har fundet nye måder at kontrollere, hvordan varme strømmer gennem tynde materialer ved at stable atomisk tynde lag af atomer ind i van der Waals heterostrukturer. Ved at sammenligne forskellige stakke af forskellige materialer, eller endda det samme materiale efter varmebehandling, fandt de ud af, at svag kobling og uoverensstemmelse mellem lagene var med til at reducere varmetransporten betydeligt. Deres fund lover følsom styring af varmestrømmen på nanoskala i termoelektriske enheder.

Varme er overalt, og den flyder. Varme de forkerte steder kan også være skadelig. Eksempler omfatter overophedning af elektronik, da mikrochips producerer mere varme, end de kan flytte væk, mens de udfører intensive beregningsopgaver. Dette kan beskadige eller i alvorlig grad reducere levetiden for elektroniske enheder, hvilket gør kontrol af varmestrømmen på nanoskala til en presserende bekymring for det moderne samfund.

Et team ledet af professor Kazuhiro Yanagi fra Tokyo Metropolitan University har arbejdet på måder at producere og håndtere ultratynde lag af en klasse af materialer kendt som overgangsmetal dichalcogenider. Her tog de lag af molybdændisulfid og molybdændiselenid et enkelt atom tykt og stablede dem sammen i lag af fire (4L film). Lagene kunne kobles sammen på forskellige måder. Holdets unikke, blide måde at overføre store enkelt atom-tynde ark tillod dem at skabe stakke af lag bundet sammen af ​​van der Waals kræfter. De kunne også være stærkt bundet af mere konventionelle teknikker, specifikt kemisk dampaflejring (CVD). Dette giver anledning til en række permutationer for, hvordan isolerede lag kan sættes sammen og potentielt styre, hvordan varme kommer igennem dem.

Ved at bruge en speciel belægningsteknik var de i stand til at detektere, hvordan små mængder varme strømmede forbi disse stakke med ret god nøjagtighed. For det første fandt de ud af, at lag, der er stærkt bundet af CVD, slipper gennem betydeligt mere varme end deres løst bundne modstykker. Denne effekt kan delvist vendes ved udglødning af svagt holdte lag, hvilket gør bindingen stærkere og forbedrer varmetransporten. Desuden sammenlignede de stakke af fire molybdænsulfidlag med en "lasagne"-lignende struktur lavet af skiftende lag af molybdænsulfid og molybdænselenid. Sådanne heterostrukturer havde et kunstigt strukturelt misforhold mellem tilstødende lag af atomer, hvilket førte til signifikant lavere niveauer af varmeoverførsel, mere end 10 gange mindre end med stærkt bundne lag.

Holdets resultater demonstrerer ikke kun en ny teknisk udvikling, men giver generelle designregler for, hvordan man kan kontrollere, hvordan varmen flyder på nanoskalaen, uanset om man ønsker mere eller mindre flow. Disse indsigter vil føre til udviklingen af ​​ultratynde, ultralette isolatorer samt nye termoelektriske materialer, hvor varme effektivt kan kanaliseres til omdannelse til elektricitet. + Udforsk yderligere

Usædvanligt materiale kan forbedre pålideligheden af ​​elektronik og andre enheder