Controlar el flujo de calor a través de materiales semiconductores es un reto importante en el desarrollo de chips de computadora más pequeños y más rápidos, paneles solares de alto rendimiento y mejor láseres y dispositivos biomédicos.
Fariborz Kargar, investigador egresado, mide la dispersión del phonon acústico en los nanohilos semiconductores en el centro optimizado de ingeniería Phonon de materiales (POEMA) de la UCR, dirigida por Alexander Balandin. Crédito: Universidad de California Riverside
Por primera vez, un equipo internacional de científicos liderado por un investigador de la Universidad de California, Riverside ha modificado el espectro de energía de phonons acústicos — excitaciones elementales, también denominadas cuasi-partículas, que propaga el calor a través de materiales cristalinos como una ola, confinándolos a estructuras de semiconductores de escala nanométrica. Los resultados tienen implicaciones importantes en la gerencia termal de dispositivos electrónicos.
Dirigido por Alexander Balandin, distinguido profesor de eléctrica e ingeniería de computación y catedrático presidencial de la UCR Bourns College de Ingeniería UC, la investigación se describe en un documento publicado el jueves, 10 de noviembre, en la revista Nature Communications. El libro se titula "Observación directa de las sucursales de polarización phonon acústico confinados en nanohilos de free-standing".
El equipo semiconductor de nanocables de Arseniuro de galio (GaAs), sintetizado por los investigadores en Finlandia y una técnica llamada Brillouin-Mandelstam esparciendo luz espectroscopia (BMS) para estudiar el movimiento de fonones a través de las nanoestructuras cristalinas. Cambiando el tamaño y la forma de las nanoestructuras de GaAs, los investigadores fueron capaces de alterar el espectro de energía o dispersión de phonons acústicos. El instrumento BMS utilizado para este estudio fue construido en el centro optimizado de ingeniería Phonon de materiales (POEMA) de UCR, que es dirigido por Balandin.
Controlar la dispersión del phonon es crucial para mejorar la eliminación de calor de los dispositivos electrónicos a nanoescala, que se ha convertido en la gran barricada que ingenieros deben seguir para reducir su tamaño. También puede ser utilizado para mejorar la eficiencia de generación de energía termoeléctrica, dijo Balandin. En ese caso, disminuye la conductividad térmica de phonons es beneficioso para dispositivos termoeléctricos que generan energía mediante la aplicación de un gradiente de temperatura en los semiconductores.
"Durante años, fue el único método previsto del cambio de la conductividad térmica de nanoestructuras mediante dispersión del phonon acústico con nanoestructura límites e interfaces. Hemos demostrado experimentalmente que por confinamiento espacial de phonons acústicos en nanohilos de uno puede cambiar su velocidad y la forma de interactuar con los electrones, magnones, y cómo llevan el calor. Nuestro trabajo crea nuevas oportunidades para la adaptación de las propiedades térmicas y electrónicas de materiales semiconductores,"dijo Balandin.
Fariborz Kargar, investigador egresado, mide la dispersión del phonon acústico en los nanohilos semiconductores en el centro optimizado de ingeniería Phonon de materiales (POEMA) de la UCR, dirigida por Alexander Balandin. Crédito: Universidad de California Riverside
Por primera vez, un equipo internacional de científicos liderado por un investigador de la Universidad de California, Riverside ha modificado el espectro de energía de phonons acústicos — excitaciones elementales, también denominadas cuasi-partículas, que propaga el calor a través de materiales cristalinos como una ola, confinándolos a estructuras de semiconductores de escala nanométrica. Los resultados tienen implicaciones importantes en la gerencia termal de dispositivos electrónicos.
Dirigido por Alexander Balandin, distinguido profesor de eléctrica e ingeniería de computación y catedrático presidencial de la UCR Bourns College de Ingeniería UC, la investigación se describe en un documento publicado el jueves, 10 de noviembre, en la revista Nature Communications. El libro se titula "Observación directa de las sucursales de polarización phonon acústico confinados en nanohilos de free-standing".
El equipo semiconductor de nanocables de Arseniuro de galio (GaAs), sintetizado por los investigadores en Finlandia y una técnica llamada Brillouin-Mandelstam esparciendo luz espectroscopia (BMS) para estudiar el movimiento de fonones a través de las nanoestructuras cristalinas. Cambiando el tamaño y la forma de las nanoestructuras de GaAs, los investigadores fueron capaces de alterar el espectro de energía o dispersión de phonons acústicos. El instrumento BMS utilizado para este estudio fue construido en el centro optimizado de ingeniería Phonon de materiales (POEMA) de UCR, que es dirigido por Balandin.
Controlar la dispersión del phonon es crucial para mejorar la eliminación de calor de los dispositivos electrónicos a nanoescala, que se ha convertido en la gran barricada que ingenieros deben seguir para reducir su tamaño. También puede ser utilizado para mejorar la eficiencia de generación de energía termoeléctrica, dijo Balandin. En ese caso, disminuye la conductividad térmica de phonons es beneficioso para dispositivos termoeléctricos que generan energía mediante la aplicación de un gradiente de temperatura en los semiconductores.
"Durante años, fue el único método previsto del cambio de la conductividad térmica de nanoestructuras mediante dispersión del phonon acústico con nanoestructura límites e interfaces. Hemos demostrado experimentalmente que por confinamiento espacial de phonons acústicos en nanohilos de uno puede cambiar su velocidad y la forma de interactuar con los electrones, magnones, y cómo llevan el calor. Nuestro trabajo crea nuevas oportunidades para la adaptación de las propiedades térmicas y electrónicas de materiales semiconductores,"dijo Balandin.
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