یک گروه تحقیقاتی راز پشت پدیده گیج‌کننده‌ای در حوزه نانو را حل کرده‌اند: اگر برخی از منابع گرمایی فوق‌العاده کوچک را به هم نزدیک کنید، سریع‌تر سرد می‌شوند.
حل معمای سرد شدن عجیب نانومیله‌ها
در سال ۲۰۱۵، محققان به رهبری دو فیزیک‌دان یعنی مارگارت مورنن و هنری کاپتین در حال آزمایش روی میله‌های فلزی بر پایه سیلیکون بودند که چندین برابر نازکتر از عرض موی انسان است. وقتی آن‌ها این میله‌ها را با لیزر گرم کردند، اتفاق عجیبی رخ داد.
جوشا نوبلوچ می‌گوید: «آن‌ها بسیار متضاد رفتار کردند. منابع حرارتی در مقیاس نانو معمولاً گرما را به‌طور موثر دفع نمی‌کنند. اما اگر آن‌ها را نزدیک هم قرار دهید، خیلی سریع‌تر سرد می‌شوند.»
اکنون محققان می‌دانند که چرا این اتفاق می‌افتد. نتایج این پروژه می‌تواند روزی به صنعت الکترونیک کمک کند تا وسایل الکترونیکی سریع‌تری را طراحی کنند که گرمایش کمتری دارند. نوبلوچ می‌گوید: «هدف ما درک فیزیک بنیادی است تا بتوانیم دستگاه‌های آینده را برای مدیریت موثر جریان گرما مهندسی کنیم.»
پژوهشگران این پروژه از شبیه‌سازی‌های کامپیوتری برای ردیابی عبور گرما از نانومیله‌ها استفاده کردند. آن‌ها دریافتند که وقتی منابع گرما را در کنار هم قرار می‌دهند، ارتعاشات انرژی تولید شده گرما را پراکنده کرده و میله‌ها را خنک می‌کند.
نتایج این گروه چالشی بزرگ در طراحی نسل بعدی دستگاه‌های کوچک مانند ریزپردازنده‌ها یا تراشه‌های کوانتومی را برجسته می‌کند، وقتی به مقیاس‌های کوچک وارد می‌شوید، گرما همیشه آن طور که فکر می‌کنید رفتار نمی‌کند.
انتقال گرما در دستگاه‌ها اهمیت دارد. حتی نقص‌های جزئی در طراحی وسایل الکترونیکی مانند تراشه‌ها می‌تواند باعث افزایش دما و موجب از کار افتادن دستگاه‌ها شود. همان‌طور که شرکت‌های فناوری برای تولید قطعات الکترونیکی کوچکتر تلاش می‌کنند، باید بیش از هر زمان دیگری به فونون‌ها، ارتعاشات اتم‌هایی که گرما را در جامدات حمل می‌کنند، توجه کرد.
جوشا نوبلوچ می‌گوید: «جریان گرما شامل فرآیندهای بسیار پیچیده‌ای است که کنترل آن را سخت می‌کند. اما اگر بتوانیم چگونگی رفتار فونون‌ها را در مقیاس کوچک درک کنیم، می‌توانیم عبور و مرور آن‌ها را کنترل کرده و این کار به ما اجازه می‌دهد دستگاه‌های کارآمدتری بسازیم.»
این پروژه یک همکاری هیجان‌انگیز بین علم و مهندسی بود، جایی که روش‌های پیشرفته تجزیه و تحلیل محاسباتی برای درک رفتار مواد، بسیار مهم بود.
