ادوات ترموالکتریک با استفاده از گرادیان دمایی، الکتریسیته تولید می‌کنند. دانشمندان معتقدند که با استفاده از ساختارهایی موسوم به ابرشبکه می‌توان کارایی آنها را افزایش داد. نتایج یافته‌های اخیر آنها نشان می‌دهد که گرما می‌تواند درون این نانوساختارها حرکت موجی داشته باشد.
به گزارش سرویس فناوری ایسنا، گرما موجب لرزش اتم‌ها و مولکول‌ها درون ماده می‌شود و این حرکت به صورت تصادفی درون ماده پخش می‌شود، به طوری که کنترل آن دشوار است. مشاهدات اخیر الگوهای متنوعی را نشان می‌دهد که به آنها جریان همگرا گفته می‌شود. کشف این الگوها می‌تواند مسیر تازه‌ای برای کنترل جهت حرکت گرما درون مواد باشد. اخیرا یک گروه تحقیقاتی در موسسه فناوری ماساچوست، دانشگاه بوستون و موسسه فناوری کالیفرنیا روی این موضوع تحقیقاتی انجام داده و نتایج یافته‌های خود را در نشریه Science به چاپ رساندند.
در این پژوهش از ابرشبکه‌ها استفاده شده است که لایه‌هایی نازک از جنس آرسناید گالیم و آرسانید آلومینیوم است که از طریق فرایندی موسوم به رسوب شیمیایی از فاز بخار ایجاد شده است. مواد شیمیایی که حاوی این عناصر است در خلاء تبخیر شده و روی یک سطح رسوب داده می شود، به طوری که ضخامت محصول نهایی کاملا کنترل شده است. این گروه تحقیقاتی موفق به ایجاد لایه‌ای به ضخامت 12 نانومتر شدند که با روی هم قرار دادن آنها در نهایت ساختاری به ضخامت 24 تا 216 نانومتر ایجاد می‌شود.
هر چند که این ساختار بسیار صاف است، اما بازهم برای عبور ذرات حمل کننده گرما موسوم به فونون، زبر است به طوری که این بسته در حین عبور از میان ابرشبکه پراکنده می‌شوند. این ساختار و پراکندگی حاصل از آن موجب می‌شود که اثر موجی فونون‌ها از بین برود. این موضوع به صورت فرضیه میان دانشمندان وجود داشت، اما کسی آن را اثبات نکرده بود. چارل ریچارد سودبرگر و همکارانش تصمیم گرفتند به بررسی این موضوع بپردازند.
برای این کار پژوهشگران شبیه سازی انجام دادند نتایج آن نشان داد که فونون‌های دارای انرژی بالا دچار پراش شده و حرکت با مسیر تصادفی را انجام می‌دهند در حالی که فونون‌های دارای فرکانس پایین اثر موجی خود را همچنان حفظ کرده‌اند. این اولین باری است که وجود همگرایی در مسیر حرکت گرما اثبات می‌شود.
نتایج این تحقیق می‌تواند به دانشمندان کمک کند تا هدایت گرمایی را با کارایی بالاتر انجام دهند، همچنین از این یافته می‌توان در تولید ادوات ترموالکتریک کاراتر استفاده کرد.
به گزارش سرویس فناوری ایسنا، گرما موجب لرزش اتم‌ها و مولکول‌ها درون ماده می‌شود و این حرکت به صورت تصادفی درون ماده پخش می‌شود، به طوری که کنترل آن دشوار است. مشاهدات اخیر الگوهای متنوعی را نشان می‌دهد که به آنها جریان همگرا گفته می‌شود. کشف این الگوها می‌تواند مسیر تازه‌ای برای کنترل جهت حرکت گرما درون مواد باشد. اخیرا یک گروه تحقیقاتی در موسسه فناوری ماساچوست، دانشگاه بوستون و موسسه فناوری کالیفرنیا روی این موضوع تحقیقاتی انجام داده و نتایج یافته‌های خود را در نشریه Science به چاپ رساندند.
در این پژوهش از ابرشبکه‌ها استفاده شده است که لایه‌هایی نازک از جنس آرسناید گالیم و آرسانید آلومینیوم است که از طریق فرایندی موسوم به رسوب شیمیایی از فاز بخار ایجاد شده است. مواد شیمیایی که حاوی این عناصر است در خلاء تبخیر شده و روی یک سطح رسوب داده می شود، به طوری که ضخامت محصول نهایی کاملا کنترل شده است. این گروه تحقیقاتی موفق به ایجاد لایه‌ای به ضخامت 12 نانومتر شدند که با روی هم قرار دادن آنها در نهایت ساختاری به ضخامت 24 تا 216 نانومتر ایجاد می‌شود.
هر چند که این ساختار بسیار صاف است، اما بازهم برای عبور ذرات حمل کننده گرما موسوم به فونون، زبر است به طوری که این بسته در حین عبور از میان ابرشبکه پراکنده می‌شوند. این ساختار و پراکندگی حاصل از آن موجب می‌شود که اثر موجی فونون‌ها از بین برود. این موضوع به صورت فرضیه میان دانشمندان وجود داشت، اما کسی آن را اثبات نکرده بود. چارل ریچارد سودبرگر و همکارانش تصمیم گرفتند به بررسی این موضوع بپردازند.
برای این کار پژوهشگران شبیه سازی انجام دادند نتایج آن نشان داد که فونون‌های دارای انرژی بالا دچار پراش شده و حرکت با مسیر تصادفی را انجام می‌دهند در حالی که فونون‌های دارای فرکانس پایین اثر موجی خود را همچنان حفظ کرده‌اند. این اولین باری است که وجود همگرایی در مسیر حرکت گرما اثبات می‌شود.
نتایج این تحقیق می‌تواند به دانشمندان کمک کند تا هدایت گرمایی را با کارایی بالاتر انجام دهند، همچنین از این یافته می‌توان در تولید ادوات ترموالکتریک کاراتر استفاده کرد.