النظام الذي تم من خلاله أخذ القياساتتمكن المتخصصون في معمل أبحاث IBM Zurich من الحصول على أدلة تجريبية على إمكانية عزل وقياس كمية حرارة واحدة. بالنظر إلى المستقبل ، يمكننا القول أن نتائج التجربة من المرجح أن تساعد المهندسين والعلماء على التغلب على المشاكل المتعلقة بكفاءة إزالة الحرارة من عناصر الأجهزة الإلكترونية الحديثة. أما بالنسبة للتجربة نفسها ، فقد تمكن العلماء من قياس الموصلية الحرارية لذرات المعدن الفردية - الذهب في هذه الحالة. لأول مرة في تاريخ العلم ، أجرى العلماء بنجاح تجربة مماثلة في درجة حرارة الغرفة.
أول محاولة لقياس الموصلية الحرارية للذرات الفردية قام بها باحثون من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا في عام 1999. اعتبرت التجربة ناجحة أيضًا ، ولكن تم إجراء القياسات عند درجات حرارة منخفضة جدًا. ثم تمكن العلماء من تأكيد صحة قانون Wiedemann-Franz تجريبيا. هذا قانون فيزيائي ينص على أنه بالنسبة للمعادن ، فإن نسبة معامل التوصيل الحراري (أو موتر الموصلية الحرارية) إلى الموصلية الكهربائية (أو موتر الموصلية) يتناسب مع درجة الحرارة.
بفضل النتيجة ، سيتمكن المتخصصون الآن من التنبؤ بالتأثيرات الحرارية والكهربائية على المستوى دون الذري أو داخل جزيء واحد.
يوضح بيرند جوستمان ، أحد الباحثين البارزين في هذا العمل: "على الرغم من حقيقة أن القانون نفسه قد صيغ وأثبت أنه عادل لبعض المعادن ، إلا أنه كان من الصعب إثبات صحته عند الانتقال إلى مقياس النانو".
من أجل تنفيذ القياسات على المستوى دون الذري بنجاح ، هناك حاجة إلى أدوات موثوقة. ولكن إنشاءها لأسباب واضحة أمر صعب للغاية. ومع ذلك ، في العام الماضي ، قام علماء من معمل أبحاث آي بي إم زيورخ بالشراكة مع متخصصين من المدرسة التقنية العليا السويسرية في زيورخ (German Eidgenössische Technische Hochschule Zürich) بتطوير وبراءة اختراع التكنولوجيا المقابلة. بمساعدتها ، كان من الممكن إنشاء نظام يمكنه قياس درجة حرارة الأشياء بحجم 10 نانومتر أو أقل. تسمى التكنولوجيا "قياس درجة حرارة المسح الضوئي". الفائدة العملية هنا هي أنه باستخدام هذه المعدات يمكنك إنشاء خريطة لتوزيع الحرارة من خلال الجزء الإلكتروني. وهذا بدوره يفتح إمكانية تصميم عناصر مبردة بشكل فعال.
ومع ذلك ، فإن 10 نانومتر بالمعايير الحديثة هي بالفعل دقة غير كافية للمعدات. لذلك ، ابتكر العلماء أداة يمكنها قياس الموصلية الحرارية للذرات الفردية ، كما نوقش أعلاه.
تم تحقيق النجاح من خلال عاملين رئيسيين. الأول هو نظام ميكانيكي كهربائي دقيق مع مستشعر حراري متكامل ، يعمل كجزء من مجهر المسح الإلكتروني النفقي. يتم عزل القطب ، الذي يتم إجراء القياسات به ، من التأثير الحراري لبيئة الرقاقة.
قال أحد المشاركين في الدراسة: "في عملنا ، أثبتنا صحة قانون Wiedemann-Franz فيما يتعلق باتصالات النقاط الكمومية ، التي تنبأ بها عالم IBM Rolf Landauer". بفضل عمل العلماء من مختبر أبحاث IBM في زيوريخ ، سيتمكن المتخصصون الآن من التحكم في توزيع الحرارة في الأجهزة بحجم جزيء واحد أو أكثر. وهذا يفتح فرصًا هائلة للإلكترونيات وعلوم المواد وغيرها من مجالات العلوم والتكنولوجيا.