Överskott av värme som avges av smartphones, bärbara datorer och andra elektroniska enheter kan vara irriterande, men utöver det bidrar det till funktionsstörningar och, i extrema fall, kan till och med få litiumbatterier att explodera.

Att skydda sig mot sådana sjukdomar, ingenjörer sätter ofta in glas, plast eller till och med lager av luft som isolering för att förhindra att värmegenererande komponenter som mikroprocessorer orsakar skador eller obehagliga användare.

Nu, Stanford -forskare har visat att några lager atomiskt tunna material, staplade som pappersark ovanpå hotspots, kan ge samma isolering som ett glasskiva 100 gånger tjockare. På kort sikt, tunnare värmesköldar gör det möjligt för ingenjörer att göra elektroniska enheter ännu mer kompakta än de vi har idag, sa Eric Pop, professor i elektroteknik och seniorförfattare till ett papper publicerat 16 augusti Vetenskapliga framsteg .

"Vi tittar på värmen i elektroniska enheter på ett helt nytt sätt, "Sa Pop.

Upptäcker ljud som värme

Värmen vi känner från smartphones eller bärbara datorer är faktiskt en ohörbar form av högfrekvent ljud. Om det verkar galet, överväga den bakomliggande fysiken. Elektricitet flyter genom ledningar som en ström av elektroner. När dessa elektroner rör sig, de kolliderar med atomerna i de material genom vilka de passerar. Vid varje sådan kollision får en elektron en atom att vibrera, och de mer strömflöden, desto fler kollisioner inträffar, tills elektroner slår på atomer som så många hammare på så många klockor - förutom att denna kakofoni av vibrationer rör sig genom det fasta materialet vid frekvenser långt över hörselströskeln, generera energi som vi känner som värme.

Att tänka på värme som en form av ljud inspirerade Stanford -forskarna att låna några principer från den fysiska världen. Från hans dagar som radio -DJ på Stanfords KZSU 90.1 FM, Pop visste att musikinspelningsstudior är tysta tack vare tjocka glasfönster som blockerar det yttre ljudet. En liknande princip gäller värmesköldarna i dagens elektronik. Om bättre isolering var deras enda bekymmer, forskarna kunde helt enkelt låna musikstudioprincipen och tjockna sina värmeshinder. Men det skulle frustrera ansträngningarna för att göra elektroniken tunnare. Deras lösning var att låna ett trick från husägare, som installerar fönster med flera fönster-vanligtvis luftlager mellan glasskivor med varierande tjocklek - för att göra interiören varmare och tystare.

"Vi anpassade den idén genom att skapa en isolator som använde flera lager atomiskt tunna material istället för en tjock massa glas, "sa postdoktoren Sam Vaziri, huvudförfattaren på tidningen.

Atomiskt tunna material är en relativt ny upptäckt. Det var bara 15 år sedan som forskare kunde isolera vissa material i så tunna lager. Det första exemplet som upptäcktes var grafen, som är ett enda lager av kolatomer och, ända sedan den hittades, forskare har letat efter, och experimenterar med, andra arkliknande material. Stanford-teamet använde ett lager grafen och tre andra arkliknande material-var tre atomer tjocka-för att skapa en fyrskiktad isolator med bara 10 atoms djup. Trots sin tunnhet, isolatorn är effektiv eftersom atomvärmevibrationerna dämpas och förlorar mycket av sin energi när de passerar genom varje lager.

För att göra värmesköldar i nanoskala praktiska, forskarna måste hitta någon massproduktionsteknik för att spruta eller på annat sätt lägga atom-tunna lager av material på elektroniska komponenter under tillverkningen. Men bakom det omedelbara målet att utveckla tunnare isolatorer väcker en större ambition:Forskare hoppas att en dag kunna styra vibrationsenergin inuti materialen på det sätt de nu styr el och ljus. När de kommer att förstå värmen i fasta föremål som en form av ljud, ett nytt fonologiskt område växer fram, ett namn taget från det grekiska rotordet bakom telefon, fonograf och fonetik.

"Som ingenjörer, vi vet ganska mycket om hur man styr el, och vi blir bättre med ljus, men vi har precis börjat förstå hur man manipulerar det högfrekventa ljud som manifesterar sig som värme i atomskala, "Sa Pop.