Sciencemag.cz
Doporučujeme
Neintuitivní až paradoxní jev by mohl najít využití při účinnějším chlazení elektroniky.
V roce 2015 zaznamenali Margaret Murnane a Henry Kapteyn z JILA (společné pracoviště University of Colorado v Boulderu a National Institute of Standards and Technology) velmi zvláštní chování. Zkoumali kovové tyčinky mnohem tenčí než lidský vlas, které byly uchyceny na křemíkovém podkladu. Tyto tyčinky po zahřátí laserem odvádějí teplo celkem pomalu; ukázalo se ale, že pokud se nacpou blízko sebe, začnou se ochlazovat mnohem rychleji.
Toto podivné chování se podařilo vysvětlit až nyní. Joshua Knobloch z JILA a jeho kolegové provedli počítačové modelování toků tepla v nanoměřítku. „Když se zdroje tepla umístí blízko sebe, vibrace energie, kterou produkují, se začnou odrážet jedna od druhé, čímž se teplo rozptýlí a tyčinky se ochladí,“ uvádí průvodní tisková zpráva. Simulace byly podle autorů výzkumu tak podrobné, že umožnily sledovat chování kovových tyček doslova atom po atomu. Použit byl superpočítač Summit na UC Bolder.
Jev byl označen jako directional thermal channeling (nasměrovaný tepelný kanál). Přirovnání dále praví: Jak se teplo z těchto zdrojů rozptylovalo, efektivně to nutilo tuto energii proudit intenzivněji pryč od zdrojů. Podobně jako když se proti sobě vrhají vlny lidí na stadionu, ale v důsledku je to rychle vytlačuje z východů.
Obecně je chování fononů v malém měřítku často nečekané, což při další miniaturizaci nebo při návrhu zcela nových zařízení typu kvantových čipů bude třeba vzít v potaz. V tomto případě jev nabízí možnost efektivněji ovládat tok tepla, které je od zdrojů odváděno rychleji, než když může volně proudit.
Directional thermal channeling: A phenomenon triggered by tight packing of heat sources, Proceedings of the National Academy of Sciences (2021). DOI: 10.1073/pnas.2109056118
Zdroj: University of Colorado at Boulder / Phys.org
