Добавь сайт в закладки нажми CTRL+D
Ученые нашли способ управлять свойствами наноматериалов с невиданной точностью. В опытах с органическими цепями выяснилось: если заменить всего один атом в молекуле на более тяжелый, ее теплопроводность падает почти вдвое. При этом электрический ток проходит так же легко, как и раньше.
Физики из Аугсбурга и Мичигана впервые показали на практике, что даже один атом в молекуле может кардинально изменить, как она проводит тепло. Статья об этом вышла в журнале Nature Materials.
Тепло под контролем
Умение управлять теплом в наноструктурах — ключ к созданию новых генераторов и систем охлаждения для мощных процессоров. Международная команда ученых доказала: если аккуратно заменить один атом в молекулярной цепи, можно «затормозить» только тепло, не трогая электричество.
В центре эксперимента была молекула бензолдиамина. Она работала как крошечный мостик между двумя золотыми контактами. Ученые по очереди заменяли один атом водорода в кольце бензола на все более тяжелые галогены — фтор, хлор, бром и йод. Результат удивил: электрический ток проходил как обычно, а вот способность проводить тепло (через вибрации решетки — фононы) снижалась прямо пропорционально массе нового атома.
Чтобы уловить такие слабые потоки энергии, пришлось создать новый калориметрический датчик из нитрида ниобия. Он работал при очень низких температурах — около минус 180 °C. Это помогло убрать лишний тепловой шум и добиться рекордной точности измерений прямо на кончике зонда сканирующего микроскопа.
Почему это работает
Физики из Аугсбурга подготовили теоретическое объяснение. Их расчеты показали: тяжелый атом ломает симметрию молекулы. Из-за этого нарушается слаженная работа ее внутренних вибраций. Когда добавляли самые тяжелые атомы, например бром или йод, в системе возникали сильные антирезонансы, которые почти вдвое снижали тепловой поток.
Это открытие показывает: теперь можно управлять током и теплом в наномасштабе независимо друг от друга. В будущем такой подход позволит создавать материалы, которые отлично проводят электричество, но при этом не перегреваются. Это даст толчок развитию новых металлоорганических каркасов и термоматериалов для электроники.
Поделись видео:
