Fysiker designar nu nya material med fysikaliska egenskaper som är skräddarsydda för att möta specifika energiförbrukningsbehov. Innan dessa så kallade material-by-design kan tillämpas, det är viktigt att förstå deras egenskaper, såsom värmeflöde. Nu, ett team av italienska fysiker har utvecklat en prediktiv teoretisk modell för värmeflöde i dessa material, med hjälp av beräkningar i atomskala.
Forskningen, utförd av Claudio Melis och kollegor från University of Cagliary, Italien, publiceras i European Physical Journal B . Deras resultat kan ha konsekvenser för att optimera den termiska budgeten för nanoelektroniska enheter - vilket innebär att de kan hjälpa till att skingra den totala mängden termisk energi som genereras av elektronströmmar - eller i produktionen av energi genom termoelektriska effekter i nya nanomaterial.
Författarna förlitade sig på storskaliga simuleringar av molekylär dynamik för att undersöka termisk transport i nanoskala och bestämma motsvarande fysiska egenskaper, som bestämmer värmeledningsförmågan. Traditionella atomistiska beräkningsmetoder innebär en stor beräkningsbelastning, vilket ibland förhindrar att de appliceras på system som är tillräckligt stora för att modellera den experimentella strukturella komplexiteten hos verkliga prover.
Istället, Melis och kollegor antog en metod som heter approach equilibrium molecular dynamics (AEMD), som är robust och lämpar sig för att representera stora system. Således, den kan använda simuleringar för att leverera tillförlitliga förutsägelser om termisk transport. Författarna undersökte i vilken utsträckning tillförlitligheten av AEMD-metodens resultat påverkas av eventuella implementeringsproblem.
Dessutom, de tillämpade metoden på termisk transport i nanostrukturerat kisel, ett system av aktuellt intresse med stor potentiell inverkan på termoelektrisk teknik, med hjälp av simuleringar av oöverträffad storlek. I sista hand, modellen skulle kunna tillämpas på halvledare som används som högeffektiv termoelektrik, och till grafen nanoband som används som kylflänsar för så kallade ultrastorskaliga integrationsenheter, såsom datormikroprocessorer.
