Le système avec lequel les mesures ont été prisesDes spécialistes du IBM Zurich Research Laboratory ont pu obtenir des preuves expérimentales de la possibilité d'isoler et de mesurer un seul quantum de chaleur. À l'avenir, nous pouvons dire que les résultats de l'expérience aideront probablement les ingénieurs et les scientifiques à surmonter les problèmes d'efficacité de l'élimination de la chaleur des éléments des appareils électroniques modernes. Quant à l'expérience elle-même, les scientifiques ont pu mesurer la conductivité thermique des atomes métalliques individuels - dans ce cas, l'or. Pour la première fois dans l'histoire de la science, les scientifiques ont mené avec succès une expérience similaire à température ambiante.
La première tentative de mesurer la conductivité thermique des atomes individuels a été faite par des chercheurs du California Institute of Technology en 1999. L'expérience a également été considérée comme réussie, mais les mesures ont été effectuées à des températures très basses. Ensuite, les scientifiques ont pu confirmer expérimentalement la validité de la loi de Wiedemann-Franz. Il s'agit d'une loi physique qui stipule que pour les métaux, le rapport entre le coefficient de conductivité thermique (ou le tenseur de conductivité thermique) et la conductivité électrique (ou le tenseur de conductivité) est proportionnel à la température.
Grâce au résultat, les spécialistes pourront désormais prédire les effets thermiques et électriques au niveau subatomique ou au sein d'une seule molécule.
«Malgré le fait que la loi elle-même a été formulée et s'est avérée juste pour certains métaux, il était difficile de prouver sa validité lors du passage à l'échelle nanométrique», explique Bernd Gostmann, l'un des principaux chercheurs de l'ouvrage.
Pour mener à bien les mesures au niveau subatomique, des outils fiables sont nécessaires. Mais les créer pour des raisons évidentes est assez difficile. Cependant, l'année dernière, des scientifiques du laboratoire de recherche IBM de Zurich, en partenariat avec des spécialistes de l'École supérieure technique suisse de Zurich (Eidgenössische Technische Hochschule Zürich), ont développé et breveté la technologie correspondante. Avec son aide, il a été possible de créer un système capable de mesurer la température d'objets d'une taille de 10 nanomètres ou moins. Cette technologie est appelée «thermométrie à sonde à balayage». L'avantage pratique ici est qu'en utilisant cet équipement, vous pouvez créer une carte de distribution de chaleur à travers la partie électronique. Et cela, à son tour, ouvre la possibilité de concevoir des éléments qui sont efficacement refroidis.
Néanmoins, 10 nanomètres selon les normes modernes est déjà une résolution insuffisante pour l'équipement. Par conséquent, les scientifiques ont créé un outil qui peut mesurer la conductivité thermique des atomes individuels, comme discuté ci-dessus.
Le succès a été rendu possible par deux facteurs clés. Le premier est un système microélectromécanique avec un capteur thermique intégré, qui fonctionne dans le cadre d'un microscope électronique à effet tunnel à balayage sous vide. L'électrode, avec laquelle les mesures sont prises, est isolée de l'influence thermique de l'environnement de la puce.
"Dans notre travail, nous avons prouvé l'exactitude de la loi de Wiedemann - Franz en ce qui concerne les contacts ponctuels quantiques, qui avait été prédit par le scientifique d'IBM Rolf Landauer", a déclaré l'un des participants à l'étude. Grâce aux travaux des scientifiques du laboratoire de recherche IBM de Zurich, les spécialistes pourront désormais contrôler la répartition de la chaleur dans des appareils de la taille d'une ou plusieurs molécules. Et cela ouvre d'énormes opportunités pour l'électronique, la science des matériaux et d'autres domaines de la science et de la technologie.