Forskeres gennembrud inden for termisk transport kunne muliggøre nye kølestrategier

Vanderbilts mekaniske ingeniørprofessorer Deyu Li og Josh Caldwell er en del af et team af forskere, der har opdaget en ny varmeafledningskanal ved hjælp af fononpolaritoner, som kan have omfattende konsekvenser for nye køleteknologier i enheder som smartphones og anden moderne elektronik.

Forskningen blev for nylig offentliggjort i Nature under titlen "Bemærkelsesværdig varmeledning medieret af ikke-ligevægt Phonon Polaritons."

Det er velkendt, at elektroner og atomvibrationer (fononer) er de vigtigste energibærere i faste stoffer. Forskerhold fra Vanderbilt University og Oak Ridge National Laboratory (ORNL) var overraskede over at finde ud af, at overfladefononpolaritoner, hybride kvasipartikler som følge af kobling mellem infrarødt lys og optisk aktive fononer, kunne bidrage væsentligt til varmeledning i tynde film og nanotråde af polære krystaller.

Selvom overfladefononpolaritoner er blevet forudsagt at bidrage til varmeledning i polære tynde film og nanotråde, har der hidtil ikke været nogen direkte og afgørende eksperimentelle beviser for dette. Vanderbilt-forskerholdet var i stand til at demonstrere tydelige varmeledningsevneforbedringer i SiC nanotråde med og uden metalliske polariton launchers i enderne.

"De betydelige varmeoverførselsevner af disse polaritoner kan konstrueres til nye kølestrategier, som er kritiske for en lang række teknologier fra forbrugerelektronik til effektiv bygningsmiljøkontrol," sagde Li. "Denne opdagelse kan bidrage til bedre levevis og indsats rettet mod at bekæmpe klimaændringer."

Caldwell sagde, at fononpolaritoner er et nøglefokus inden for forskning i infrarød nanofotonik, hvor mange applikationer dukker op.

"Jeg var spændt på at se, at de også kan give en ny varmeafledningskanal, der åbner yderligere områder med påvirkning, for eksempel ultrahurtig afkøling i højfrekvente og højeffekt elektroniske enheder," sagde han.

Flere oplysninger: Zhiliang Pan et al., bemærkelsesværdig varmeledning medieret af ikke-ligevægts fononpolaritoner, Nature (2023). DOI:10.1038/s41586-023-06598-0

Journaloplysninger: Natur

Leveret af Vanderbilt University