Hoogleraren werktuigbouwkunde van Vanderbilt, Deyu Li en Josh Caldwell, maken deel uit van een team van onderzoekers die een nieuw warmtedissipatiekanaal hebben ontdekt met behulp van fononpolaritonen dat uitgebreide implicaties zou kunnen hebben voor nieuwe koeltechnologieën in apparaten zoals smartphones en andere moderne elektronica.
Het onderzoek is onlangs geweest gepubliceerd in Natuur onder de titel “Opmerkelijke warmtegeleiding gemedieerd door niet-evenwicht Phonon-polaritons.”
Het is bekend dat elektronen en atomaire trillingen (fononen) de belangrijkste energiedragers in vaste stoffen zijn. Onderzoeksteams van Vanderbilt University en Oak Ridge National Laboratory (ORNL) waren verrast toen ze ontdekten dat oppervlaktefononpolaritonen, hybride quasideeltjes die het resultaat zijn van de koppeling tussen infrarood licht en optisch actieve fononen, aanzienlijk zouden kunnen bijdragen aan de warmtegeleiding in dunne films en nanodraden van polaire Kristallen.
Hoewel voorspeld is dat oppervlaktefononpolaritonen bijdragen aan de warmtegeleiding in polaire dunne films en nanodraden, is hiervoor tot nu toe geen direct en sluitend experimenteel bewijs hiervoor gevonden. Het Vanderbilt-onderzoeksteam kon duidelijke verbeteringen in de thermische geleidbaarheid aantonen in SiC-nanodraden met en zonder metalen polaritonwerpers aan de uiteinden.
“De substantiële warmteoverdrachtsmogelijkheden van deze polaritonen kunnen worden omgezet in nieuwe koelstrategieën, die van cruciaal belang zijn voor een breed scala aan technologieën, van consumentenelektronica tot efficiënte controle van de gebouwomgeving”, aldus Li. “Deze ontdekking kan bijdragen aan een beter leven en inspanningen gericht op het bestrijden van de klimaatverandering.”
Caldwell zei dat fononpolaritonen een belangrijk aandachtspunt zijn binnen onderzoek naar infrarood nanofotonica, en dat er veel toepassingen in opkomst zijn.
“Ik was opgewonden om te zien dat ze ook een nieuw warmteafvoerkanaal kunnen bieden, waardoor extra impactgebieden worden geopend, bijvoorbeeld ultrasnelle koeling in elektronische apparaten met hoge frequentie en hoog vermogen”, zei hij.
Meer informatie:
Zhiliang Pan et al., Opmerkelijke warmtegeleiding gemedieerd door niet-evenwichtsfononpolaritonen, Natuur (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-06598-0
Tijdschriftinformatie:
Natuur
Geleverd door Vanderbilt Universiteit