Создан наноматериал, пропускающий тепло только в одном направлении

29.09.2021 - 21:28   1 926

Американские физики обнаружили, что многослойные конструкции из двумерных материалов, листы которых уложены под определенным углом друг к другу, пропускают тепло только в одном направлении. Эти структуры упростят охлаждение сложной электроники, пишут ученые в статье в журнале Nature.

«Повышение плотности транзисторов в микросхемах требует создания новых материалов с высокой теплопроводностью, способных изымать тепло из самых горячих регионов чипа. Мы обнаружили, что с этой задачей может справиться многослойный наноматериал, состоящий из двумерных слоев дисульфида молибдена», — пишут исследователи.

За последние полтора десятилетия физики создали большое число различных двумерных материалов, похожих по своим свойствам и структуре на графен, открытый Нобелевскими лауреатами Андреем Геймом и Константином Новоселовым в 2004 году. К их числу относятся двумерные пленки из дисульфида молибдена, соединения серы и молибдена.

Этот материал начал привлекать особенный интерес ученых в последние годы из-за наличия у него сразу нескольких интересных свойств, выгодно отличающих его от графена. В частности, двумерный дисульфид молибдена можно напрямую использовать для создания транзисторов без добавления каких-либо примесей, а при низких температурах он превращается в сверхпроводник.

Группа американских физиков под руководством Пака Джиуна, профессора Чикагского университета (США), нашла новое применение для двумерной формы дисульфида молидбена во время экспериментов по изучению того, как ориентация слоев дисульфида молибдена влияла на его физические свойства.

Во время этих опытов ученые обнаружили, что комбинация из нескольких листов данного вещества, повернутых на разные углы по отношению друг к другу, превращается в материал с крайне необычными свойствами, которые не характерны для всех других двумерных структур. В частности, тепловая энергия распространяется вдоль его листов примерно в 880 раз лучше, чем через всю многослойную конструкцию. Он в разы превосходит в этом отношении графит и все другие известные материалы.

Последующие опыты показали, что столь необычные свойства многослойного дисульфида молибдена связаны с тем, как расположение листов этого двумерного материала влияет на распространение так называемых фононов. Так ученые называют коллективные колебания атомов или молекул в твердой материи, отвечающие за перенос различных форм энергии, в том числе и тепла.

Неровное расположение слоев двумерного материала мешает фононам двигаться через «стопку» листов дисульфида молибдена, в результате чего тепло в основном путешествует вдоль них, а не в любых других направлениях. Это позволяет использовать подобные конструкции в качестве своеобразных «теплопроводов», отводящих излишки энергии из микрочипов и прочей электроники, сильно нагревающейся в процессе работы, подытожили ученые.

Выбор читателя

Топ недели

Для правильного функционирования этого сайта необходимо включить JavaScript.
Вот инструкции, как включить JavaScript в вашем браузере.