Цивилизация
Американские физики разработали методику, которая позволяет управлять скоростью передачи тепла между двумя фрагментами материи на атомном уровне, что позволит лучше понять эти процессы и в перспективе поможет улучшить охлаждение современных кремниевых микросхем, сообщает РИА «Новости» со ссылкой на публикацию в журнале Nature Materials.
Группа ученых под руководством Марка Лосего из университета штата Иллинойс в городе Урбана (США) изучала процесс передачи тепла внутри различных материалов, пытаясь найти механизмы, управляющие этим процессом.
Как отмечают Лосего и его коллеги, изучение всех тепловых процессов сильно ограничено чувствительностью инструментов, не позволяющих быстро и точно измерять температуру в нано- и микромасштабах. Даже самые точные и быстрые лазерные «термометры» не позволяют достичь необходимой точности измерений.
Физики решили это проблему при помощи своеобразного молекулярного «бутерброда», теплопроводность которого гибко меняется в зависимости от его химического состава.
Данное устройство представляет собой «сэндвич» из двух пластинок из кварца и золота, которые соединены между собой при помощи длинных углеводородных хвостов. На одном конце нити находится атом кремния, на другом - один из нескольких соединительных «элементов». В их число входили атом брома, радикалы сероводорода, метана, аммиака и других органических молекул.
Теплоизмерительный прибор изготовлялся следующим образом. Сначала ученые подготовили пластинку кварца, на которую наносился раствор из молекул-«хвостов». Такие молекулы прикреплялись своими кремниевыми концами к поверхности пластины и поднимались над ними в виде углеводородного «леса». Затем физики приклеивали на половинку «сэндвича» его вершину, золотую пленку, при помощи термопечати.
Молекулы или атомы на свободных концах углеводородных «хвостов» присоединялись к золотой пленке. В зависимости от типа молекулы, каждая нить соединялась с золотой пластинкой одной, двумя или тремя связями. Это позволило исследователям изучить процесс теплопередачи с атомной точностью.
Оказалось, что даже небольшие изменения в структуре «хвостов» крайне сильно влияли на теплопроводность бутерброда. К примеру, «хвост» с радикалом сероводорода примерно в два раза лучше проводил тепло по сравнению со своим метановым собратом. Ученые объясняют это тем, что радикал сероводорода соединяется с золотом прочной ковалентной связью, а молекула метана - непрочной водородной.
В некоторых других случаях разница в теплопроводности достигала значений гораздо больших, чем предсказывала теория. Это показало, что характер связи между двумя поверхностями играет большую роль, чем считалось ранее.
