En fullständig beskrivning av termisk transport i nanoskala är ett grundläggande problem som har trotsat förståelse i årtionden. Här, forskare avslöjar ett nytt system för termisk transport nära strukturer i nanoskala, där kontraintuitivt, hot spots i nanoskala svalnar snabbare när de placeras nära varandra än när de är åtskilda.

Detta fynd föreslår nya tillvägagångssätt för att ta itu med den betydande utmaningen med värmehantering i nanosystem, med designimplikationer för integrerade kretsar, termoelektriska apparater, nanopartikelmedierade termiska terapier, och nanoförstärkta solceller för att förbättra ren energiteknik.

En stor utmaning inom halvledar- och elektronikindustrin är att när funktionerna i nanoskala blir mindre och processerna blir snabbare, betydande mängder värme måste snabbt föras bort från nanostrukturerna. Ett team från JILA, University of Colorado, och Lawrence Berkeley National Laboratory gjorde en kontraintuitiv upptäckt – det är mycket lättare att kyla heta nanostrukturer när de är placerade tätt tillsammans snarare än långt ifrån varandra. Detta resultat är spännande för området termisk transport eftersom samma team 2010 visade att små, isolerade hotspots är, faktiskt, ganska utmanande att kyla. I de aktuella experimenten, teamet mönstrade en rad nanostrukturer på olika material. När nanostrukturerna värmdes upp med en infraröd laser, de avgav fononer (gittervibrationer), som reste in i substratet och kolliderade med andra fononer, bära bort värmen.

När nanostrukturerna placerades nära varandra, kylning var mer effektiv eftersom det inte spelade någon roll om de interagerande fononerna kom från samma stora heta nanostruktur eller närliggande små heta nanostrukturer. Således, paradoxalt, att arrangera de heta nanostrukturerna närmare varandra förbättrade faktiskt värmeavledning. Dessa experiment gjorde det möjligt för forskarna att bestämma vilka gittervibrationer som för bort värme från ett varmt område och även att förutsäga nya sätt att konstruera kylhastigheten i ett material.