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由东京大学工业科学研究所领导的一个研究小组发现,被称为表面声子极化子的混合表面波可以将热量从纳米级材料结构中传导出去vwin徳赢官网
由东京大学工业科学研究所领导的一个研究小组发现,被称为表面声子极化子的混合表面波可以将热量从纳米级材料结构中传导出去vwin徳赢官网

文摘:
随着硅、微电子和光子器件小型化的不断进展,器件结构的冷却变得越来越具有挑战性。传统材料中的热传输主要由声子主导,声子是代表材料晶格振动的准粒子,类似于光子代表光波的方式。vwin徳赢官网不幸的是,这种冷却方式在这些微小的结构中已经达到了极限。

表面波可以帮助纳vwin徳赢官网米结构器件保持冷却

日本东京|发布于2020年10月12日

然而,随着纳米结构器件中的材料变薄,表面效应成为主导,这意味着表面波可能提供所需的热传输解决方案。vwin徳赢官网表面phonon-polaritons (SPhPs)——表面电磁波组成的混合波和光学vwin徳赢官网声子,沿表面传播的介质膜,显示特定的承诺,和领导的一个研究小组从工业科学研究所,东京大学已经证明和验证所提供的热导率增强这些电波。

“我们在不同厚度的氮化硅薄膜上生成了SPhPs,并测量了这些薄膜在很宽的温度范围内的热导率,”该研究的第一作者吴云辉说。“这让我们能够确定SPhPs对薄膜中观察到的改善热导率的具体贡献。”

研究小组观察到,当温度从300k增加到800k(大约27欧元到527欧元)时,厚度为50nm或更小的薄膜的导热系数实际上翻了一番。相比之下,200微米厚薄膜的电导率在相同的温度范围内下降,因为在该厚度下声子仍然占主导地位。

“测量显示,氮化硅的介电功能在实验温度范围内没有很大变化,这意味着观察到的热增强可以归因于SPhPs的作用,”该研究的资深作者野村正弘解释说。当薄膜厚度减小时,SPhP沿膜界面的传播长度增加,这使得SPhP在使用这些非常薄的薄膜时能够比声子传导更多的热能。

由SPhPs提供的新的冷却通道可以弥补纳米结构材料中声子热导率的降低。因此,SPhPs有望在硅基微电子和光子器件的热管理中得到应用。

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联系人:
Masahiro野村

81-354-526-303

版权所有©东京大学工业科学研究所

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文章“表面声子极化子增强热传导”发表在DOI: 10.1126/sciadv.abb4461:

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