В Nature вышла работа исследовательской группы Гао Пэна из Международного центра квантовых материалов при Пекинском университете, в которой описан метод прямого наблюдения фононного транспорта — переноса тепла с помощью колебаний атомов — на границе раздела материалов. Используя метод неупругого электронного рассеяния в электронной микроскопии, команда впервые смогла визуализировать температурные поля и тепловое сопротивление с разрешением менее одного нанометра.
На границе нитрида алюминия и карбида кремния (AlN/SiC) исследователи наблюдали скачок температуры в 10−20 К всего на участке шириной около двух нанометров. Для сравнения, такой же температурный перепад в объеме материала потребовал бы десятки или сотни нанометров. Это означает, что границы между материалами создают тепловое сопротивление в десятки раз выше, чем сам материал — и именно эти интерфейсы определяют поведение тепла в наноэлектронике.
Кроме того, были выявлены неравновесные фононные состояния — отклонения от нормального распределения, что указывает на динамические процессы переноса, ранее недоступные наблюдению. Впервые стало возможно сравнивать распределение тепловых колебаний при прямом и обратном потоке, что открывает новый уровень управления тепловыми свойствами чипов.
Этот метод может стать ключевым инструментом для будущей электроники — от охлаждения мощных микросхем до проектирования наноструктур, где каждый нанометр важен.
Ранее Наука Mail рассказывала, как ученые шаг за шагом продвигаются к пониманию того, что долгое время считалось неуловимым — будь то тепло, которое «ломается» на границах материалов, или вихри, которые подчиняются математическим законам, несмотря на кажущийся хаос.