Прорив у термодинаміці. Американські вчені навчилися керувати атомами для охолодження електроніки

Вчені відкрили метод, що дозволяє за допомогою електричного поля керувати тепловими потоками в твердих матеріалах, збільшуючи їхню ефективність майже на 300%. Результати цієї роботи, опубліковані в журналі PRX Energy, можуть докорінно змінити підходи до охолодження електроніки та промислових систем.

Читайте также: OpenAI відкладає запуск «режиму для дорослих» у ChatGPT: виникли проблеми

В основі відкриття лежить маніпуляція фононами — квазічастинками, що являють собою мікроскопічні коливання атомів, які переносять тепло крізь кристалічну решітку. Під час експериментів із релаксорним сегнетоелектриком(типом«розумної» кераміки) дослідники помітили, що прикладання електричного поля змушує фонони, які рухаються в напрямку поля, «жити» довше і поширюватися значно далі. Це призводить до того, що тепло передається через матеріал утричі швидше вздовж заданого вектора.

За словами Пуспи Упреті, наукового співробітника ORNL, здатність контролювати швидкість і напрямок теплових потоків відкриває шлях до створення високопродуктивних систем без рухомих частин. Це критично важливо для сучасних мікросхем, перетворювачів енергії та систем когенерації, які утилізують промислове відпрацьоване тепло. Раніше подібні дослідження демонстрували приріст теплопровідності лише на 5−10%, що робить нинішній результат справді безпрецедентним.

Для спостереження за процесами на атомному рівні вчені використали джерело нейтронів високої інтенсивності. Нейтронне розсіювання дозволило зафіксувати, як електричне поле вирівнює заряди всередині структури кераміки, зменшуючи розсіювання теплових коливань. Це вирівнювання усуває «перешкоди» для енергії, дозволяючи їй безперешкодно протікати крізь матеріал.

Читайте также: Космічний гість. Метеорит впав на дах житлового будинку в Німеччині

Новий підхід пропонує перспективний шлях до створення твердотільних теплових перемикачів. Такі пристрої дозволять миттєво регулювати температуру в потужних комп’ютерах та промислових установках за допомогою зміни електричного заряду. Дослідники переконані, що використання модифікованих електричним полем наноструктур стане основою для наступного покоління енергоефективних технологій, які змінять вигляд сучасної промисловості.