Международная группа, возглавляемая учеными из
Калифорнийского университета в Риверсайде (University of California, Riverside), разработала новый способ
эффективного отвода и рассеивания тепла, выделяющегося во время
функционирования полупроводниковых электронных приборов. Высокой эффективности
ученые добились путем принудительного изменения энергетического спектра
акустических фононов, квазичастиц, состоящих из упорядоченных волнообразных
тепловых колебаний атомов материала в кристаллической решетке. А распространение
и параметры этих фононов регулировались и ограничивались структурами
нанометрового масштаба, изготовленными из полупроводникового материала
определенного вида.
В качестве ограничительных наноструктур выступали
нанопроводники из арсенида галлия (GaAs), синтез которых выполнила группа исследователей из
Финляндии, которая, помимо этого, использовала метод спектроскопии
Мандельштама-Бриллюэна (Brillouin-Mandelstam light scattering spectroscopy, BMS) для изучения движения фононов через
прозрачные наноструктуры.
Изменяя форму и размеры наноструктур из арсенида галлия,
ученые смогли добиться изменений энергетического спектра, дисперсии,
акустических фононов так, что эти фононы обеспечили максимально эффективный
перенос тепла от места его выделения к месту его рассеивания. Такая возможность
является ключевым моментом в деле разработки наноразмерных электронных
устройств, где большое количество выделяющегося тепла не дает
инженерам возможности дальнейшего сокращения размеров устройства. Помимо этого,
управление фононами позволяет направить их в области термоэлектрических
преобразователей, превращающих его назад в электрическую энергию,
которую можно будет использовать повторно.
"В течение нескольких лет единственным методом
изменения удельной теплопроводности электронных устройств заключался в
использовании наноструктур-проводников фононов, имеющих определенные границы и
интерфейсы. Мы же экспериментально продемонстрировали возможность изменения
параметров фононов, которые передвигаются быстрее и которые могут двигаться в
заданном направлении без дополнительных элементов-теплоотводов" -
рассказывает Александр Баландин, профессор из Калифорнийского университета, -
"Наша работа может стать основой для технологий, позволяющих создавать
полупроводниковые материал, имеющие заранее заданные тепловые и электронные
свойства, которые, в свою очередь, станут основой электронных приборов нового
поколения".
