Znajdź zawartość

Naukowcy z Vanderbilt University dokonali niespodziewanego odkrycia, które przyczyni się do znacznego udoskonalenia systemów chłodzenia komputerów. Z prac zespołu prowadzonego przez profesora Deyu Li wynika, że przewodnictwo termiczne nanowstążek boru może zwiększyć się nawet o 45% o ile zastosuje się odpowiednią technikę ich połączeń. Badania były prowadzone na borze, jednak ich wyniki generalnie odnoszą się do wszelkich innych materiałów cienkowarstwowych. To całkowicie nowy sposób kontrolowania efektów termalnych, który prawdopodobnie będzie miał znaczący wpływ na mikroelektronikę (jak smartfony i komputery), optolektronikę (jak lasery czy LED-y) oraz na wielu nowych polach - mówi profesor Greg Walker. Li poinformował, że nanowstążki są utrzymywane razem dzięki siłom van der Waalsa. Uważa się, że fonony, które transportują ciepło są rozpraszane przez siły van der Waalsa, co powoduje, że przewodnictwo cieplne obu nanowstążek jest takie samo, jak każdej z nich z osobna. My odkryliśmy coś wręcz przeciwnego. Stwierdziliśmy, że fonony mogą przekraczać granicę pomiędzy oddziaływaniami van der Waalsa i się nie rozpraszają, co znacząco zwiększa przewodnictwo cieplne - stwierdził Li. Jego zespół odkrył, że możliwe jest zwiększenie przewodnictwa cieplnego pomiędzy obszarami o niskim i wysoki napięciu dzięki poddaniu nanowstążek działaniu odpowiednich roztworów. Niezwykle ważne jest też odkrycie, że cały proces jest odwracalny. Na przykład zanurzenie nanowstążek w alkoholu izopropylowym, ich przyciśnięcie i pozwolenie, by wyschły powoduje, że ich przewodnictwo cieplne jest takie, jak pojedynczej nanowstążki. Jeśli jednak użyjemy alkoholu etylowego, przewodnictwo cieplne zwiększyło się. Ponowne zanurzenie ich w alkoholu izpropylowym spowodowało powrót przewodnictwa do poprzedniego poziomu. Sterowanie podstawowymi właściwościami materiałów, takimi jak przewodnictwo cieplne, jest bardzo trudne. Dlatego też badania te są niezwykle interesujące - mówi Walker.

Na Georgia Institute of Technology powstała nowa technika uzyskiwania nanowstążek epitaksjalnego grafenu, dzięki której otrzymano struktury o szerokości 15-40 nanometrów przewodzące prąd niemal bez żadnego oporu. To pozwoli na łączenie grafenowych urządzeń z obecnie stosowanymi architekturami. Możemy teraz tworzyć bardzo wąskie, przewodzące nanowstążki, które wykazują właściwości przewodnictwa balistycznego. Te wąskie wstążki są niemal jak idealne metale. Elektrony poruszają się w nich bez rozpraszania, jak w węglowych nanorurkach - mówi profesor Walt de Heer. Nowa technika pozwala na otrzymanie epitaksjalnego grafenu o gładkich brzegach. Dotychczas uzyskiwano grafenowe wstążki o nierównych brzegach, co prowadziło do rozpraszania elektronów i interferencji. To z kolei powodowało, że ich właściwości były bliższe izolatorom niż przewodnikom. Wyeliminowaliśmy brzegi, które uniemożliwiały otrzymanie grafenu o pożądanych właściwościach. Brzegi w epitaksjalnym grafenie łączą się z węglikiem krzemu i otrzymujemy ciekawe wyniki - dodaje de Heer. Jego zespół najpierw na podłożu z węgliku krzemu umieścił maskę z wzorem, według którego miał się odbywać wzrost grafenu. W samym węgliku wyryto też kontury wzdłuż brzegów wzoru. Gdy taki plaster podgrzano do temperatury około 1500 stopni Celsjusza, rozpoczął się proces topnienia, który wyrównał i wypolerował nierówności w konturach. Następnie na tak przygotowanym podłożu rozpoczęto proces wzrostu grafenu poprzez usunięcie atomów krzemu z węgliku. Szerokość uzyskanych nanowstążek jest proporcjonalna do głębokości wyrytych konturów, co daje możliwość precyzyjnego kontrolowania ich rozmiarów. W celu uzyskania złożonych struktur wystarczy przeprowadzić wieloetapowy proces tworzenia konturów. Ta technika pozwala nam uniknąć skomplikowanej litografii strumieniem elektronów, którą obecnie stosuje się celem uzyskania epitaksjalnego grafenu. Uzyskany materiał ma bardzo dobre właściwości i może być używany w elektronice - zapewnia de Heer. Uczony już od kilku miesięcy udoskonala wspominaną technikę i nie wyklucza, że wkrótce uda się wyprodukować nanowstążki o szerokości mniejszej niż 10 nanometrów. Naukowiec przypomina, że jego zespół od dawna pracuje nad grafenową elektroniką i posiada patenty na różne techniki uzyskiwania epitaksjalnego grafenu. To oznacza, że sposób w jaki chcemy produkować grafenową elektronikę będzie inny od tradycyjnego. Nie będziemy naśladowali standardowego modelu tranzystora polowego, ale pracujemy nad urządzeniami wykorzystującymi balistyczne przewodniki i interferencję kwantową. Naszym celem jest wykorzystanie w grafenie efektu fali elektronowej - dodaje. Jeśli uda się taki efekt uzyskać, to manipulowanie elektronami w urządzeniach elektronicznych będzie odbywało się za pomocą technik podobnych do używanych w optyce. Na przykład przełączanie będzie można uzyskać za pomocą interferencji strumieni elektronów. Zespół profesora de Heera chce w ciągu najbliższych 12 miesięcy skonstruować prototypowy przełącznik wykorzystujący zjawisko interferencji kwantowej.