Ученые IBM измерили теплопроводность единичных золотых контактов при комнатной температуре

Опубликованное сегодня, исследователи IBM в Цюрихе впервые квантифицировали теплопроводность металлических квантовых точечных контактов из золота до единичного атома при комнатной температуре.

По мере того как устройства сжимаются до наноскалы, рассеяние тепла становится критическим фактором надежности. Прошлый год ученые IBM в Цюрихе и студенты ETH Zurich пионерировали технику сканирующей зондовой термометрии (видео), способную измерять температуры структур размером до 10 нм. Этот прорыв позволил инженерам картографировать потерю тепла по чипу — и, критично, до отдельных устройств — обеспечивая беспрецедентный инсайт в температурные распределения.

Схематическое представление техники измерения. Credit: Nature Nanotechnology

По мере того как электронные компоненты подходят и в конечном счете падают ниже 10-нм порога, определение наименьшей термически детектируемой структуры будет существенным. Для адресации этого, та же команда сообщает о новом прорыве в Nature Nanotechnology.

Авторы атрибутируют свой успех двум ключевым инновациям: микро-электромеханической системе (MEMS) с интегрированным термическим сенсором, работающей внутри вакуумного сканирующего туннельного микроскопа (STM), и ультра-тихой «Noise Free Lab», экранирующей эксперимент от магнитных полей, вышек сотовой связи и даже проезжающих поездов.

Как описано в статье:

Система комбинирует одновременные измерения теплового и зарядного транспорта для извлечения тепловой и электрической проводимости металлических контактов. Как и другие STM break-junction установки, STM кончик формирует и разрывает малоатомные контакты на субстрате, покрытом металлическим слоем. Здесь нижний электрод интегрирован на подвешенном MEMS, термически изолирующем его от чип-субстрата.

IBM исследователь д-р Бернд Готсман в IBM Noise Free Lab, где проводилось это исследование. Photo credit: Carl De Torres

«Свойства теплопроводности через атомные стыки оставались в значительной степени неизведанными», сказал д-р Бернд Готсман, ведущий автор. «Наши измерения также подтверждают закон Видеманн-Франца в квантовых точечных контактах, предсказание, изначально сделанное бывшим ученым IBM Рольфом Ландауэром».

Помимо измерения теплопроводности в электронных устройствах, авторы предвиди более широкие приложения. «Эта техника позволит ученым характеризовать и контролировать тепло даже в молекулярных устройствах», объяснил ведущий автор Нико Моссо. «Она открывает возможности манипулировать теплом так же легко, как мы делаем с электричеством».

Heat transport through atomic contacts, Nico Mosso, Ute Drechsler, Fabian Menges, Peter Nirmalraj, Siegfried Karg, Heike Riel & Bernd Gotsmann, doi:10.1038/nnano.2016.302

Исследование частично финансировалось Европейской Комиссией под H2020 Molesco проектом.

Facebook Live Event: Присоединяйтесь к д-ру Готсману 10 апреля в 4 PM Париж (10 AM Нью-Йорк) на странице IBM Research в Facebook, где он покажет IBM Noise Free Labs, обсудит свои патенты и исследования, и ответит на ваши вопросы.

Follow @B_Gotsmann