امواج سطحی میتوانند به دستگاههای نانو ساختار کمک کنند تا خنک نگه داشته شوند
با توجه به پیشرفت مداوم در کوچکسازی دستگاههای میکروالکترونیک و فوتونیک سیلیکونی، خنککردن ساختار دستگاه به طور فزایندهای به چالش کشیده شدهاست. انتقال گرما متعارف در مواد بالک تحت تأثیر فونونهای صوتی است که quasiparticles هستند که نمایانگر ارتعاشات شبکهای مواد هستند، مانند حالتی که فوتونها، امواج نور را نشان میدهند. متأسفانه، این نوع خنک کردن در این ساختارهای کوچک به محدودیت رسیدهاست.
با این حال، اثرات سطحی با نازکشدن مواد موجود در دستگاههای نانو غلبه میکند؛ به این معنی که امواج سطحی ممکن است راه حل انتقال حرارتی مورد نیاز را فراهم کنند. امواج فونونهای قطبی سطحی هیبریدی (SPhPs) متشکل از امواج الکترومغناطیسی سطحی و فونونهای نوری هستند که در امتداد سطوح غشای دی الکتریک انتشار مییابند، مقبولیت خاصی نشان دادهاند. تیمی تحت سرپرستی پژوهشگران انستیتوی علوم صنعتی دانشگاه توکیو، اکنون بهبود رسانایی حرارتی ارائه شده توسط این امواج را نشان داده و تأیید میکند.
Yunhui Wu رهبر این تحقیق میگوید: "ما SPhPs را روی غشاهای نیترید سیلیکونی با ضخامت های مختلف تولید کردیم و رسانایی حرارتی این غشاها را در دامنه دمایی وسیع اندازهگیری کردیم. این به ما اجازه میدهد تا سهم خاص SPhPsرا در بهبود هدایت حرارتی مشاهده شده در غشاهای نازکتر ایجاد کنیم."
این تیم مشاهده کرد که با افزایش دما از K ۳۰۰ به K ۸۰۰ (تقریباً ˚C۲۷ به ˚C ۵۲۷)، رسانایی حرارتی غشاهای با ضخامت ۵۰ نانومتر یا کمتر، دو برابر میشود. در مقابل، رسانایی غشایی به ضخامت ۲۰۰ نانومتر در همان دامنه دما کاهش مییابد زیرا همچنان فونونهای صوتی در آن ضخامت غالب هستند.
Masahiro Nomura نویسندهی ارشد از موسسه علوم صنعتی توضیح میدهد: "اندازهگیریها نشان داد که عملکرد دی الکتریک نیترید سیلیکون در محدوده دمای تجربی تغییر زیادی نکردهاست، این بدان معنی است که بهبودهای حرارتی مشاهده شده را میتوان به عملکرد SPhPsنسبت داد. طول انتشار SPhPs در امتداد فصل مشترک ممبران، با کاهش ضخامت ممبران، افزایش مییابد که به SPhPs این امکان را میدهد که در هنگام استفاده از این ممبرانهای بسیار نازک، انرژی حرارتی بیشتری نسبت به فونونهای صوتی هدایت کنند."
کانال خنککردن جدید ارائه شده توسط SPhPs میتواند کاهش هدایت حرارتی فونون ایجادشده در مواد ساختار نانو را جبران کند. بنابراین از SPhPs انتظار میرود تا کاربردهایی در مدیریت حرارتی دستگاههای میکروالکترونیک و فوتونیک مبتنی بر سیلیکون پیدا کنند.
گردآورندگان: دکتر آدرینه ملک خاچاطوریان- مهندس ریحانه گودرزی
منبع: https://nano-magazine.com/news/۲۰۲۰/۱۰/۱۴/surface-waves-can-help-nanostructured-devices-keep-their-cool
|