Ученые IBM измеряют теплопередачу через отдельные атомы

Схематическое изображение техники измерения. Предоставлено:Nature Nanotechnology

Опубликованное сегодня с помощью техники, напоминающей батут, ученые IBM впервые измерили теплопроводность металлических квантовых точечных контактов из золота до одноатомного уровня при комнатной температуре.

Поскольку все масштабируется до наномасштаба, тепло - точнее, его потеря - становится проблемой для надежности устройства. Чтобы решить эту проблему, в прошлом году ученые IBM в Цюрихе и студенты из ETH Zurich опубликовали и запатентовали методику измерения температуры этих наноразмерных объектов на уровне 10 нанометров и ниже - замечательное достижение. Они назвали эту новую технику термометрией сканирующего зонда (видео), и она впервые предоставила инженерам возможность отображать тепловые потери на кристалле и, что более важно, отображать тепловые потери до уровня отдельного устройства и отображать температуру. дистрибутивы.

Экспериментальная установка, использованная в статье. (щелкните фото, чтобы увеличить)

Однако, поскольку размер электронных устройств продолжает уменьшаться, очень скоро 10 нанометров больше не будут считаться «мелкими». Тогда еще более важным станет испытание наименьшей возможной структуры, которая может быть обнаружена термически. К счастью, к облегчению ученых, работающих над проблемой отвода тепла, те же самые изобретатели теперь сообщают о новом прорыве в решении этой задачи в рецензируемом журнале Nature Nanotechnology.

Авторы объясняют свой успех двумя факторами:микромеханической системой (MEMS) со встроенным термодатчиком, работающей в вакуумном сканирующем туннельном микроскопе (STM), и чрезвычайно изолированной лабораторией Noise Free Lab, которая защищена практически от любого тип возмущения, в том числе магнитное поле Земли, вышки сотовой связи и вибрации от проезжающего поезда.

Как сообщалось:

По сути, система объединяет одновременные измерения переноса тепла и заряда для определения тепловой и электрической проводимости металлических контактов. Подобно другим установкам с разрывным переходом СТМ, острие СТМ используется для формирования и разрыва контактов нескольких атомов на подложке, покрытой металлическим слоем. Однако здесь нижний электрод интегрирован в подвешенную МЭМС, чтобы термически изолировать его от подложки микросхемы.

Исследователь IBM доктор Бернд Гоцманн в журнале IBM Noise Free Лаборатория, в которой проводилось это исследование. Фото:Карл Де Торрес

«Свойства теплопроводности через атомные переходы еще предстоит полностью изучить, - сказал доктор Бернд Гоцманн, один из ведущих авторов статьи. «Тем самым мы также доказали справедливость закона Видемана – Франца для квантовых точечных контактов, который был первоначально предсказан бывшим ученым IBM Рольфом Ландауэром».

Авторы считают, что помимо измерения теплопроводности электронных устройств их результаты могут найти еще одно применение.

Ученый и ведущий автор IBM Нико Моссо объясняет:«Помимо квантовых точечных контактов различных металлов, этот метод также позволит ученым определять и контролировать тепло даже в молекулярных устройствах. Это действительно открывает много возможностей и, надеюсь, позволит нам играть с теплом в будущем, как мы делаем это с электричеством сегодня ».

Перенос тепла через атомные контакты, Нико Моссо, Уте Дрекслер, Фабиан Менгес, Питер Нирмальрадж, Зигфрид Карг, Хайке Риль и Бернд Гоцманн, DOI:10.1038 / nnano.2016.302

Исследование частично финансировалось Европейской комиссией в рамках проекта H2020 Molesco.

Прямая трансляция в Facebook:присоединяйтесь к доктору Гоцманну 10 апреля в 16:00 в Париже (10:00 по Нью-Йорку) на странице IBM Research в Facebook, где он покажет вам лаборатории IBM Noise Free Lab, расскажет о своих патентах и ​​исследованиях и ответит на ваши вопросы.

Подпишитесь на @B_Gotsmann