Vanderbilts mekaniska ingenjörsprofessorer Deyu Li och Josh Caldwell ingår i ett team av forskare som har upptäckt en ny värmeavledningskanal med hjälp av fononpolaritoner som kan få omfattande konsekvenser för nya kylningstekniker i enheter som smarta telefoner och annan modern elektronik.
Forskningen publicerades nyligen i Nature under titeln "Anmärkningsvärd värmeledning medierad av icke-jämviktsfononpolaritoner."
Det är välkänt att elektroner och atomvibrationer (fononer) är de viktigaste energibärarna i fasta ämnen. Forskarlag från Vanderbilt University och Oak Ridge National Laboratory (ORNL) blev förvånade över att finna att ytfononpolaritoner, hybridkvasipartiklar som härrör från koppling mellan infrarött ljus och optiskt aktiva fononer, kunde bidra avsevärt till värmeledning i tunna filmer och nanotrådar av polära kristaller.
Även om ytfononpolaritoner har förutspåtts bidra till värmeledning i polära tunna filmer och nanotrådar, har det hittills inte funnits några direkta och avgörande experimentella bevis för detta. Vanderbilts forskargrupp kunde demonstrera tydliga förbättringar av värmeledningsförmågan i SiC nanotrådar med och utan metalliska polaritonutskjutare i ändarna.
"De betydande värmeöverföringsförmågan hos dessa polaritoner kan konstrueras till nya kylningsstrategier, som är avgörande för en mängd olika tekniker från hemelektronik till effektiv byggnadsmiljökontroll", säger Li. "Denna upptäckt kan bidra till ett bättre boende och insatser inriktade på att bekämpa klimatförändringar."
Caldwell sa att fononpolaritoner är ett nyckelfokus inom forskning om infraröd nanofotonik, med många tillämpningar som växer fram.
"Jag var glad över att se att de också kan tillhandahålla en ny värmeavledningskanal, som öppnar ytterligare områden av påverkan, till exempel ultrasnabb kylning i högfrekventa och högeffekts elektroniska enheter," sa han.
Mer information: Zhiliang Pan et al, Anmärkningsvärd värmeledning förmedlad av fononpolaritoner som inte är i jämvikt, Nature (2023). DOI:10.1038/s41586-023-06598-0
Journalinformation: Natur
Tillhandahålls av Vanderbilt University
