Issiqlikni Boshqarish Qo'llarida Inqilob

Keling, sizga bir narsa haqida aytaman — bu mening e'tiborimni allaqachon jalb qildi va his qilamanki, ko'pchilik uning ahamiyatini tushunmayapti.

Issiqlik. Biz barchamiz unga tanasmiz. Bu — kompyuteringizda ko'p tablar ochilganda qurilma nima uchun qizib ketadi. Bu — telefoningizni o'yin o'ynaganda nima uchun iliqroq his qilishingiz.

Yillar davomida muhandislar bitta muammoga qarshi kurashib keldilar: issiqlik o'zi xohlagan tomonga tarqaladi. U diffuziya qiladi, hamma joyga ketadi, va biz uning nozik qismlarimizdan uzoqlashishiga katta energiya sarflab, "qovurqich" qilamiz.

Lekin UCLA olimlari issiqlikni yo'naltirish yo'lini topishdi. Ha, to'g'ri eshitdingiz — ular issiqlikka qayerda harakatlanishni buyurishni o'rgandilar.

Muammo: Faqat Mutlaqo Sovuqda

Odamlar buni bir muddat tushungan edi. Issiqlik — bu aslida atomlarning tebranishi (fizikada "fonon" deb ataladi). Nazariy jihatdan, yorug'likni laserga aylantirgandek, issiqlikni ham nurlar kabi boshqarish mumkin. Bu hodisa "fonon fokuslash" deb nomlanadi.

Lekin bir muammo bor edi: bu faqat juda sovuq haroratlarda ishlardi — absolyut nolga yaqin, ya'ni minus 270 daraja. Bu sizning smartfoningizda qo'llash uchun mutlaqo mos emas.

Past haroratlarda atom tebranishlari uzoq masofaga, hech qanday to'siqqa duch kelmasdan yetib borishi mumkin. Lekin xona haroratida? Hamma narsa shunchalik tez tebranadiki, issiqlik chalkash tarzda sochiladi.

Nixoyat — Muvaffaqiyat

UCLA jamoasi, professor Yongjie Hu rahbarligida, ajoyib kashfiyot qildi: bor arsenid kristallida fonon fokuslash xona haroratida ham ishlaydi.

Va haqiqatan ham ishlaydi. Deyarli sezilmasa emas — mikroskop ostida aniq nurlar shaklida ko'rinadigan darajada kuchli. (Albatta, bu oddiy mikroskop emas, u temperaturani nano miqyosda xaritalay oladi.)

Olimlar ko'rsatdiki, bor arseniddagi issiqlik odatiy materiallardagi kabi doira shaklida emas, balki kristall tuzilmasiga qarab aniq yo'llar bilan harakatlanadi. Kristallning turli tomonlarini tekshirganda, ular turli naqshlarni ko'rishdi — oltitalik, sakkiztalik va to'rttalik simmetriya. Issiqlik rangbarang effekt hosil qilgani kabi edi.

Bu Nima Uchun Muhim

Tushunarli qilishim kerak. Hozirda elektronika qizib ketganda, biz issiqlikning o'zi tarqalishini kutamiz, keyin uni radiatsiya va ventillyatorlar orqali surib chiqaramiz. Bu reaktiv yondashuv — muammo yuzaga kelgach, unga javob beramiz.

Fonon fokuslash bilan esa boshqacha: issiqlikni o'zi biz xohlagan joyga oqib ketadigan qilib loyihalashimiz mumkin. Masalan, maxsus ishlab chiqilgan sovitish elementlariga yoki uni bardoshli qilib qo'yilgan zonalarga. Bu — tirgakchalar o'zi tartibga tushishini kutishdan ko'ra, mashinalarni aniq manzilga yo'naltiruvchi maxsus yo'llarga ega bo'lishga o'xshaydi.

Professor Hu buni "kvant termal muhandislik" deb atadi va — ha, bu sci-fi filmidan olingan tuyuladi. Lekin amaliy imkoniyatlari juda real:

• Elektronika sovitishida inqilob — AI apparaturasi uchun bu katta yutuq bo'lishi mumkin. AI aslida bir soniya issiqlik muammosi
• Qurilmalar ishonchligi ortadi — Kamroq qizish = uzoqroq xizmat muddati
• Kvant texnologiyalari rivoji — Issiqlik va elektronlar o'rtasidagi o'zaro ta'sirni boshqarish kvant hisoblash va sensorlar uchun yangi imkoniyatlar ochadi
• Kosmos ilovalari — Sun'iy yo'ldoshlar va kema-apparatlar jiddiy issiqlik muammolari bilan duch keladi, bu usul ularga tamomila yangi yechimlar taklif qilishi mumkin

Sirlarning Siri

Nima uchun aynan bor arsenid? Tadqiqot shuni ko'rsatadiki, bu kristallning ajoyib xususiyati bor: juda zaif fonon sochilishi. Xona haroratida ham atom tebranishlari 10-20 mikrometr masofaga yetib boradi — bu nazariy jihatdan katta emas, lekin nano-elektronika olamida juda muhim.

Bu — to'lqin asosidagi issiqlik tashishning to'liq ishlashi uchun yetarli masofa. Oddiy materiallarda bu masofa deyarli nolga teng bo'ladi.

Jamoa o'z tajribalarini nazariy bashoratlar bilan taqqosladi va ular aynan mos keldi. Bu yaxshi belgi — biz faqat nima ishlamayotganini emas, nega ishlayotganini ham tushunamiz.

Xulosa

Ha, bu "qiziqarli laboratoriya kashfiyoti, ehtimol bir kun nimagadir olib keladi" kabi tuyulishi mumkin. Lekin men buni boshqacha his qilaman.

Issiqlik boshqarishi — bu elektronikaning asosiy cheklovchi omillaridan biri. Bu — noutbuki nima uchun ventilyator kerak. Bu — superkompyuterlar nima uchun millionlab dollarlik sovitish tizimlariga muhtoj. Bu — nima uchun biz tranzistorlarni abadiy kichraytiraveraolmaymiz.

Agar biz issiqlikni yorug'lik kabi boshqara olsak — bu mavjud texnologiyalarni yaxshilashdan ko'ra, butunlay yangi dizayn imkoniyatlarini ochamiz. Issiqlik boshqarishi zamonaviy, aniq va nafis bo'lgan elektronikani tasavvur qiling.

Aynan shu — bu tadqiqotning va'dasi. Ko'plab kvant fizikasi kashfiyotlaridan farqli o'laroq, bu biri xona haroratida ishlaydi, haqiqiy kristall bilan, biz haqiqatan ham foydalanishimiz mumkin bo'lgan.

Kuzatib boraman.