熱量可以在石墨烯和其他2-D材料中以非常長的距離傳播。
EPFL的研究人員對石墨烯和其他二維材料散熱的基本機理有了新的認識。他們已經證明熱可以以波的形式在很長的距離內傳播。這是未來電子工程的關鍵信息。
在電子元件小型化的競賽中，研究人員面臨著一個重大挑戰:你的設備越小或速度越快，冷卻它的難度就越大。改善冷卻效果的一個方法是使用導熱係數很高的材料，比如石墨烯，來快速散熱，從而冷卻電路。然而，目前潛在的應用正面臨著一個根本性的問題:熱量如何在這些只有幾個原子厚度的材料內部傳播?
在《自然通訊》上發表的一項研究中，EPFL的一個研究小組對石墨烯和其他二維材料的導熱機理進行了新的研究。他們已經證明熱以波的形式傳播，就像空氣中的聲音一樣。這是迄今為止在接近絕對零度的溫度下觀察到的一個非常模糊的現象。他們的模擬為研究石墨烯提供了一個有價值的工具，無論是在納米級冷卻電路，還是在未來的電子產品中取代硅。
如果說到目前為止很難理解二維材料中熱量的傳播，那是因為與三維材料相比，這些薄片的行為方式出人意料。事實上，即使在室溫下，它們也能以極有限的損耗傳遞熱量。一般來說，熱通過原子的振動在物質中傳播。這些振動被稱為“聲子”，當熱量通過三維物質傳播時，這些聲子不斷地相互碰撞、合併或分裂。所有這些過程都會限制熱量的傳導。只有在極端條件下，當溫度接近絕對零度(- 2000c或更低)時，才有可能觀察到準無損傳熱。
量子熱波
EPFL的研究人員指出，這種情況在二維材料中是非常不同的。他們的工作表明，由於被稱為“第二聲”的波狀擴散現象，即使在室溫下，熱量也可以在二維空間中傳播，而不會造成顯著損失。在這種情況下，所有的聲子在很長一段距離內齊步走。
基於第一線物理原理進行的模擬顯示，原子薄片材料的行為，即使在室溫下，也與三維材料在極低溫度下的行為相同。我們可以證明，熱傳輸是由波來描述的，不僅在石墨烯中，在其他尚未被研究的材料中也是如此。這對工程師來說是非常有價值的信息，他們可以利用這些新的二維材料特性來設計未來的電子元件。
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