Kvanttiaskel lämpökytkimelle

19.07.2021

Ohio-magneettiohjattu-kvanttikytkin-lammolle-300-t.jpgKuvan kartiot havainnollistavat elektronien liikeyhtälöitä, kun ulkoinen magneettikenttä kohdistetaan tutkimuksessa suunnitellulle vismuttiseokselle. Vihreät ja violetit viivat edustavat elektroneja, jotka tuottavat ja absorboivat vastaavasti energiaa.

Näin helteiden jatkuessa voi lohduttautua sillä, että Ohion yliopiston tutkijat ovat löytäneet uuden elektronisen omaisuuden lämpö- ja kvanttitieteiden rajalta. Erityisesti suunnitellussa metalliseoksessa he ovat tunnistaneet lupaavan materiaalin tuleville laitteille, jotka voisivat kytkeä lämmön päälle ja pois päältä soveltamalla magneettista "kytkintä".

Kehitetyssä materiaalissa elektronit liikkuvat kuin massattomat fotonit. Seos valmistettiin vismutin ja antimonin alkuaineista tarkoilla seossuhteilla tietyn perustavan teorian perusteella.

Havaittiin, että ulkoisen magneettikentän vaikutuksesta nämä oudosti käyttäytyvät elektronit manipuloivat lämpöä tavoilla, joita ei näy normaaleissa olosuhteissa. Sekä materiaalin kuumalla että kylmällä puolella jotkut elektronit tuottavat lämpöä tai energiaa, kun taas toiset absorboivat energiaa, mikä muuttaa materiaalin tehokkaasti energiapumpuksi. Tulos: sen lämmönjohtavuus kasvaa 300%. Kun magneettikenttä otetaan pois mekanismi sammuu.

"Generointi ja absorbointi muodostavat poikkeavuuden", kertoo professori Joseph Heremans. "Lämpö katoaa ja ilmestyy uudelleen muualle - se on kuin teleportointi. Se tapahtuu vain hyvin erityisissä olosuhteissa, jotka kvanttiteoria ennustaa."

Tämä ominaisuus ja yksinkertaisuus hallita sitä magneetilla tekee materiaalista toivotun ehdokkaan lämpökytkimeksi ilman liikkuvia osia.

"Puolijohteiset lämpökytkimet ilman liikkuvia osia ovat erittäin toivottavia, mutta niitä ei ole olemassa", Heremans toteaa. "Tämä on yksi mahdollisista mekanismeista, jotka johtavat sellaiseen."

Topologinen eriste vismuttiantimoniseos kuuluu kvanttimateriaalien luokkaan nimeltä Weyl-semimetallit - joiden elektronit eivät toimi odotetulla tavalla. Niille on ominaista, että elektronit ja aukot käyttäytyvät "massattomina" hiukkasina.

Fysiikassa poikkeama - tässä tutkimuksessa löydetty lämmön elektronien generoituminen ja absorboituminen - viittaa tiettyihin symmetrioihin, joita esiintyy klassisessa maailmassa, mutta jotka ovat rikkoutuneet kvanttimaailmassa, kertoo tutkimuksen toinen kirjoittaja Nandini Trivedi.

Kun kuparin kaltaista metallia kuumennetaan ja elektronit virtaavat kuumasta päästä kylmään päähän sekä lämpö että varaus liikkuvat yhdessä. Kun tämä tie avautuu kokeellisessa Weyl-semimetallimateriaalissa, nettovarausten liikettä ei ole – on vain energian liikettä.

Lämmön absorboituminen tietyissä elektroneissa edustaa katkosta kiraalisuudessa tai suuntauksessa, mikä tarkoittaa, että on mahdollista pumpata energiaa kahden hiukkasen välillä, joiden ei odoteta olevan vuorovaikutuksessa - toinen Weylin puolimetallien erityinen ominaisuus.

Tämän materiaalin mekanismi toimii vain matalassa lämpötilassa, alle miinus 73 Celsius-astetta. Nyt kun perustiedot on ymmärretty, tutkijoilla on paljon vaihtoehtoja työskennellessään kohti potentiaalisia sovelluksia.

Aiheesta aiemmin:

Lämpökytkin polymeeristä

Tutkijat kehittävät elektroniikan lämpökytkintä

Yllätys lämmönsiirrossa voi johtaa lämpötransistoreihin

03.12.2021Kotimaista kvanttitietotekniikkaa
02.12.2021Dynaamisesti ohjelmoitava transistori
01.12.2021Yksinkertaisempi suunnitelma kvanttitietokoneille
30.11.2021Näkyvän valon modulointi sirutasolle
29.11.2021Fyysistä salaustekniikkaa nopeille langattomille
27.11.2021Kvanttipisteledi taipuu kuin paperi
26.11.2021Ultranopea akkujen lataus uudella anodimateriaalilla
25.11.2021Nanoantenni avittaa kvanttiviestintää
24.11.2021Vihreää vetyä edullisemmin
23.11.2021Astrosyytit tekoälyn tehostajiksi
22.11.2021Nanoresonaattoreita 3D-tulostuksella
20.11.2021Solut laskevat ja peptideistä antureita
19.11.2021Topologialla kohti terahertsitaajuuksia
18.11.2021Suprajohtavia johteita ja koneita
17.11.2021Kohti tehokkaampaa kvanttilaskentaa
16.11.2021Perovskiitista on moneksi
15.11.2021Yliääniä ja suprajohtavuutta grafeenissa
13.11.2021Energian varastointi kasvien elektronisiin juuriin
12.11.2021Uutta väriä ledeihin
11.11.2021Fotonioperaatiot sopivat yhä paremmin sirulle
10.11.2021Kohti hologarfista videokonferenssia
09.11.2021Spin-kubitin hallintaa
08.11.2021Tekoälyä tehokkaammin
06.11.2021Navigointia ilman GPS:ää
05.11.2021Grafeenia doupaten
04.11.2021Valon hallintaa mustalla fosforilla
03.11.2021Yleiskäyttöinen nopea virheenkorjaus
02.11.2021Sellulla ja kuparilla parempia ja turvallisempia akkuja
01.11.2021Kohinan leikkausta ja hybridikäyttöä kvanttilaskennalle
30.10.2021Anturi SARS-CoV-2-proteiineille
29.10.2021Parveilevaa ja loikkivaa robottitekniikkaa
28.10.2021Räjähtävää sähkövoimaa
27.10.2021Nanomittakaavan 3D-rakenteita
26.10.2021Germaniumia kvanttielektroniikkaan
25.10.2021Jäähdyttää radioaaltoja kvanttitilaan
22.10.2021Fotoniikkaa topologisesti
21.10.2021Metamateriaali ohjaa valon korrelaatioita
20.10.2021Elektronien tanssia, lomittumista ja jäätiköitä
19.10.2021Molekyyli kerrallaan
18.10.2021Sähköisesti ohjattua magnetismia
15.10.2021Topologinen fotoni-fononi -läpimurto
14.10.2021Valolla hallittavia meta-ajoneuvoja
12.10.2021Lennokkiantennit EMF-ongelmien ratkaisijana
11.10.2021Tuulen lennättämä mikrosiruanturi
08.10.2021Katalyyttejä yhdellä atomilla ja ferrosähköllä
07.10.2021Ihmiseen integroitavia elektroniikan polymeerejä
06.10.2021Twist, twist, twist
05.10.2021Laskentaa ilman digitaaliprosessoria
04.10.2021Superioninen johde ja muita akku-uutisia
01.10.2021Lämmönhallintaa nanoelektroniikalle
30.09.2021Vuotaa ja ei vuoda
29.09.2021Kohti ihon kaltaista elektroniikkaa
28.09.2021Uusia ja ikivanhoja ideoita mikrolasereille
27.09.2021Uusia optisen tiedonsiirron ratkaisuja
24.09.2021Hehkuvien kasvien seuraava sukupolvi
23.09.2021Mikroaaltojen fotoneja kvanttitietokoneisiin
22.09.2021Osittaisdifferentaaleja ja Hamiltoneita ratkaisemaan
21.09.2021Etsausta spintroniikalle ja laaksotroniikalle
20.09.2021Huonelämpötilainen spintransistori
17.09.2021Kiertymiä ja laaksoja
16.09.2021Vihreää polttoainetuottoa kehittäen
15.09.2021Topologiaa ja magneettisuutta
14.09.2021Kvanttianturit ohenevat
13.09.2021Nanokamera seuraa kemiallisia reaktioita
10.09.2021Komplementaarista galliumnitridielektroniikkaa
08.09.2021Käytännöllisiä lämpösähkömateriaaleja
06.09.2021Ionit vauhdikkaina erittäin ohuissa savissa
03.09.2021Akun anodi ja katodi osana kotelointia
01.09.2021Nanomaailman kvanttiominaisuuksia
30.08.2021Perovskiitillä vihreämpiä transistoreita
27.08.2021Ferrosähköistä energian tuottoa
25.08.2021Kvanttiturvallinen viestintä ilman avainten jakelua
23.08.2021Alumiini kiinnostaa energia-alaa
20.08.2021Kvanttipalapelin puuttuvia paloja
18.08.2021Muistitekniikalle uusia ja vanhoja konsteja
16.08.2021Nanoteknistä pienenergian keruuta
13.08.2021Ennätysohuet magneetit hallintaan
11.08.2021Portti auki seuraavan sukupolven tietojenkäsittelylle
09.08.2021Epätavallinen suprajohde kvanttilaskennan alustaksi?
05.08.2021Aurinkokennoja siemenistä kasvattaen
04.08.2021Grafeenikamera kuvaa sydämen sähköistä toimintaa
02.08.2021Laser ja mikrokampa samalle sirulle
30.07.2021Australialaistutkijat kehittivät kvanttimikroskoopin
29.07.2021Fotonit ja magnonit kaveraavat
19.07.2021Kvanttiaskel lämpökytkimelle
08.07.2021Lämpöaaltoja puolijohdemateriaalissa
25.06.2021Kvanttipisteet voivat "puhua" keskenään
24.06.2021Metamateriaaleja tulostustekniikalla
23.06.2021Kohti topologisia suprajohteita
22.06.2021Uusia ominaisuuksia moiré-superhiloissa
21.06.2021Valoa ja elektroneja antiferromagneeteille
17.06.2021Uusia materiaalimuotoja elektroniikalle
16.06.2021Kvanttiviestintää helposti ja pitkille matkoille
15.06.2021Elektronisia järjestelmiä nanovihreästä materiaalista
14.06.2021Atominen katse litiumakkuihin
12.06.2021Kubitteja hiilinanoputkista
11.06.2021RAM:ina ja ROM:ina toimivia sirukomponentteja
10.06.2021Kuinka revontulet syntyvät?
09.06.2021Radiotaajuisen signaalin prosessointi akustiseksi
08.06.2021Magnetosähköä ja magnetostriktiota

Näytä lisää »