Ett av de största problemen med att designa elektroniska komponenter är att bli av med överskottsvärme. Nu, A*STAR-forskare har hittat ett enkelt sätt att variera värmeflödet i grafen, ett genombrott som kommer att förbättra försöken att utnyttja överflödig värme i elektroniken.

grafen, ett tvådimensionellt material som består av en enatoms tjock kolskiva, har en utomordentligt hög värmeledningsförmåga. Liu Xiangjun från A*STAR Institute of High Performance Computing och medarbetare har utvecklat ett sätt att minska grafens värmeledningsförmåga, vilket gör att överskottsvärme kan ledas mot komponenter som kan avleda den eller till och med förvandla den till elektricitet.

Teamets simuleringar visade att klämning av grafen mellan två andra grafenark kommer att med endast måttligt tryck, minska värmeledningsförmågan med en tredjedel. Genom att lägga till fler klämmor och variera trycket kan värmeflödet justeras, skapa en "termisk modulator", liknande elektriska komponenter såsom variabla motstånd som styr flödet av el.

En annan fördel är att klämning inte gör någon permanent skada på grafenet. Populära metoder för att ändra grafens termiska egenskaper inkluderar dopning eller införande av defekter i dess struktur, som ändrar materialet permanent. A*STAR-teamets tillvägagångssätt, dock, ger en betydande vinst. "Det ändrar inte kristallstrukturen och är helt reversibelt - om trycket tas bort, grafenen återgår till sitt orörda tillstånd, " förklarar Liu.

Teamets design utvecklades med hjälp av molekylär dynamik för att simulera fononernas rörelse, den termiska motsvarigheten till elektromagnetismens fotoner. De upptäckte att fononer spreds eftersom den mekaniska kraften skiftade fononenerginivåer och orsakade en bristande överensstämmelse med energinivåerna i den oklämda grafenen.

Liu blev särskilt förvånad när han upptäckte att gränserna för det fastspända området hade den största energinivåförskjutningen och så dominerade spridningen, och effekten var mindre signifikant i mitten av klämmorna. "Vi förväntade oss inte att ", sa Liu. "Vi har avslöjat några grundläggande principer för termisk transport."

För att skapa fler gränser ändrade teamet sin simulering från ett enda inspänt område till flera mindre områden och fann att den termiska konduktiviteten verkligen sjönk dramatiskt.

Liu varnar för att effekten beror på grafens tvådimensionella natur och inte kommer att fungera i bulkmaterial. "Människor är mer och mer intresserade av att bygga tredimensionella integrerade kretsar som behöver tvådimensionella material. Jag tror att vårt tillvägagångssätt kan vara en del av dessa system, " han sa.