Peneliti IBM mengukur konduktivitas termal melalui kontak monatomik

Sistem pengukuran yang dilakukan.

Para ahli di Laboratorium Penelitian IBM Zurich dapat memperoleh bukti eksperimental dari kemungkinan mengekstraksi dan mengukur kuantum panas tunggal. Ke depan, kita dapat mengatakan bahwa hasil percobaan cenderung membantu insinyur dan ilmuwan mengatasi masalah dengan efisiensi penghilangan panas dari elemen perangkat elektronik modern. Adapun percobaan itu sendiri, para ilmuwan dapat mengukur konduktivitas termal masing-masing atom logam - dalam hal ini, emas. Untuk pertama kalinya dalam sejarah sains, para ilmuwan telah berhasil melakukan percobaan serupa pada suhu kamar.

Upaya pertama untuk mengukur konduktivitas termal atom individu dilakukan oleh para peneliti dari California Institute of Technology pada tahun 1999. Percobaan juga dianggap berhasil, tetapi pengukuran dilakukan pada suhu ultralow. Kemudian para ilmuwan dapat secara eksperimental mengkonfirmasi validitas hukum Wiedemann-Franz. Ini adalah hukum fisika yang menyatakan bahwa untuk logam, rasio koefisien konduktivitas termal (atau tensor konduktivitas termal) terhadap konduktivitas listrik (atau tensor konduktivitas) sebanding dengan suhu.

Berkat hasilnya, spesialis sekarang akan dapat memprediksi efek termal dan listrik pada tingkat subatomik atau dalam satu molekul tunggal.

"Terlepas dari kenyataan bahwa hukum itu sendiri dirumuskan dan terbukti adil untuk logam tertentu, sulit untuk membuktikan validitasnya ketika pindah ke skala nano," jelas Bernd Gostmann, salah satu peneliti utama pekerjaan itu.

Agar berhasil melakukan pengukuran di tingkat subatom, diperlukan alat yang andal. Tetapi untuk membuatnya karena alasan yang jelas cukup sulit. Namun, tahun lalu, para ilmuwan dari IBM Zurich Research Laboratory bekerja sama dengan spesialis dari Sekolah Tinggi Teknik Swiss di Zurich (German Eidgenössische Technische Hochschule Zürich) mengembangkan dan mematenkan teknologi yang sesuai. Dengan bantuannya, dimungkinkan untuk membuat sistem yang dapat mengukur suhu benda dengan ukuran 10 nanometer atau kurang. Teknologi ini disebut "scanning thermometry probe." Manfaat praktis di sini adalah bahwa menggunakan peralatan ini Anda dapat membuat peta distribusi panas melalui bagian elektronik. Dan ini, pada gilirannya, membuka kemungkinan merancang elemen yang didinginkan secara efektif.



Namun demikian, 10 nanometer dengan standar modern sudah tidak cukup untuk peralatan. Oleh karena itu, para ilmuwan telah menciptakan alat yang dapat mengukur konduktivitas termal masing-masing atom, seperti dibahas di atas.

Sukses dimungkinkan oleh dua faktor utama. Yang pertama adalah sistem mikroelektromekanis dengan sensor termal terintegrasi, yang beroperasi sebagai bagian dari mikroskop elektron tunneling scanning vakum. Elektroda, yang dengannya pengukuran dilakukan, diisolasi dari pengaruh termal lingkungan chip.

"Dalam pekerjaan kami, kami membuktikan kebenaran hukum Wiedemann - Franz sehubungan dengan kontak titik kuantum, yang diprediksi oleh ilmuwan IBM Rolf Landauer," kata salah satu peserta studi. Berkat kerja para ilmuwan dari IBM Research Laboratory di Zurich, spesialis sekarang akan dapat mengontrol distribusi panas dalam perangkat seukuran satu atau lebih molekul. Dan ini membuka peluang luar biasa untuk elektronik, sains material, dan bidang sains dan teknologi lainnya.

Source: https://habr.com/ru/post/id401477/