اخیراً محققانی از گروه فیزیکِ UAB و مؤسسه علم مواد بارسلون یا ICMAB-CSIC، در طرح مشترکی، ماده جدیدی را بر اساس ابرشبکه‌ها(supernets) ساخته‌اند. این ماده از دو لایه تکرارشونده تشکیل شده‌است: یک لایه از سیلیکون ساخته شده و لایه دیگر، از نانوبلورهای(نقاط کوانتومی) ژرمانیومی تشکیل یافته‌است. ماده جدید، دارای خصوصیات ترموالکتریکی ارتقایافته‌ای است و راه را برای ساخت نانوسردسازها برای ابزارهای نیمه‌رسانای معمولی هموار می‌کند.
نانوسردساز برای ریزتراشه‌ها
اخیراً محققانی از گروه فیزیکِ UAB و مؤسسه علم مواد بارسلون یا ICMAB-CSIC، در طرح مشترکی، ماده جدیدی را بر اساس ابرشبکه‌ها(supernets) ساخته‌اند.
این ماده از دو لایه تکرارشونده تشکیل شده‌است: یک لایه از سیلیکون ساخته شده و لایه دیگر، از نانوبلورهای(نقاط کوانتومی) ژرمانیومی تشکیل یافته‌است. ماده جدید، دارای خصوصیات ترموالکتریکی ارتقایافته‌ای است و راه را برای ساخت نانوسردسازها برای ابزارهای نیمه‌رسانای معمولی هموار می‌کند.
در چند سال گذشته، طراحی و ساخت مدارهای نانومقیاس برای ابزارهای مجتمع، یکی از بحث‌های داغ در علم و فناوری مواد مدرن بوده‌است. کاهش قابل‌توجه در ابعاد این ابزارها، اغلب با کشف‌هایی در ارتباط با نحوه رفتار آنها در اندازه‌های بسیار کوچک همراه بوده‌است.
دانشمندان همزمان با شناخت فیزیک این مواد در نانومقیاس، امکان طراحی مواد جدید را با خصوصیات نوظهور بررسی کرده‌اند. یکی از خصوصیاتی که لزوماً باید در طراحی تراشه‌ها مورد توجه قرار گیرد، رسانایی حرارتی اجزای موجود در تراشه است. این ویژگی، برای کنترل گرم شدن مدارهای کوچک‌مقیاس -که هم‌اکنون یکی از محدودیت‌های فیزیکی در برابر ارتقای توان محاسباتی است- دارای اهمیت ویژه‌ای است. ادغام حرارت و الکتریسیته با ایجاد اثرات ترموالکتریکی به مدارها اجازه می‌دهد تا سرد شوند و به این شکل، توان محاسباتی را ارتقا می‌دهد.
تاکنون هیچ ماده‌ای خصوصیاتی که به بروز مؤثر رفتار ترموالکتریکی بینجامد نداشته‌است. این امر توجه همگان را برای ارتقای خصوصیات ترموالکتریکی، به‌سمت مواد نانومقیاس معطوف کرده‌است؛ زیرا این مواد می‌توانند رسانایی حرارتی بسیار کوچک‌تری داشته و در عین حال، از رسانایی الکتریکی بالایی برخوردار باشند. این دو ویژگی، برای دستیابی به یک رفتار موثر ترموالکتریکی، مورد نیاز است.
در قیاس با سایر پیشرفت‌هایی که پیش از این در این زمینه انجام شده‌اند؛ این تحقیق، نقاط کوانتومی را در یک مد ناهم‌بسته، در لایه‌های تکرارشونده مذکور قرار می‌دهد؛ به عبارت دیگر، نقاط موجود در یک لایه، به‌صورت عمودی با نقاط لایه پایین‌تر هم‌راستا نیستند.
برای تحقق این امر، محققان یک زیرلایه کوچکِ کربنی را در بین لایه سیلیکونی و نانونقاط ژرمانیومی قرار دادند. این زیرلایه، اطلاعات نقاط کوانتومی موجود در سطوح پایین‌تر را مخفی می‌کند. مهم‌ترین پیامدِ ناهمبستگی در بین لایه‌های تکرارشونده، کاهش رسانایی حرارتی است، زیرا به این شکل، انتقال حرارت به‌صورت عمودی از لایه‌های چندگانه، مشکل‌تر می‌شود. محققان نشان دادند که میزان این کاهش در قیاس با زمانی که از ساختارهای دارای همبستگی عمودی نقاط، استفاده شود بیش از دوبرابر است. به همین دلیل، این مواد جدید دارای خصوصیات ترموالکتریکی ارتقایافته‌ای بوده و با توجه به سازگار بودنشان با فناوری سیلیکون، راه را برای سردسازی ابزارهای نیمه‌رسانای معمولی هموار می‌سازند، همچنین از ساختارهای ژرمانیوم‌دار نیز می‌توان در کاربردهای دمابالا؛ همانند بازیابی حرارت تولیدشده در فرایندهای احتراق و تبدیل آن به انرژی الکتریکی، استفاده کرد.
جنبه ثانویه و مهم این تحقیق، مطالعه نظری خصوصیات حرارتی این ماده جدید، به‌وسیله یک مدل ساده بر پایه تصحیحات معادله حرارتِ فوریه است که می‌تواند رفتار این ماده را پیش‌بینی کند. از این رو، به کمک نتایج به دست‌آمده از مطالعات پیشین، محققان توانستند تا شالوده نظری رفتار حرارتی این ماده نانوساختار را تبیین کنند.
