Автор: AZoNano 5 сентября 2019 года

Современные физики в основном фокусируются либо на массивных объектах, таких как черные дыры, либо на объектах размером с атом. В обоих случаях наблюдаются значительные отклонения от общепринятых законов физики.

Понимание процессов на атомном уровне открывает широкие перспективы в наноэлектронике и материаловедении. Одним из таких исследований является модель, предложенная группой ученых из Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ). Модель описывает распределение тепла в сверхчистых кристаллах на атомном уровне. Статья была опубликована в журнале «Прикладная математика и механика».

Распределение тепла в наноструктурах не регулируется законами, применяемыми к обычным материалам. Этот эффект наиболее ярко выражен в реакции между графеном и лазерным точечным источником тепла. Графен – 2D кристалл, состоящий из атомов углерода. Материал выглядит как тонкая сетка или соты. Однако он достаточно стабилен и обладает очень высокой тепло- и электропроводностью, благодаря чему широко используется в электротехнике. Исследователи этого уникального кристалла были удостоены Нобелевской премии по физике в 2010 году.

Ученые СПбПУ рассматривали бесконечный кристалл, состоящий из одинаковых частиц, подчиняющихся классическим ньютоновским уравнениям движения. Технологии на основе графена редко используются в вакууме, поэтому команда также учитывала влияние окружающей среды (газ или жидкость). Эта корректировка оказывает значительное влияние на модель, так как часть тепла расходуется на прогрев окружающей среды. Наконец, команда получила аналитическое решение, описывающее теплообмен. Чтобы описать процессы, которые происходят в материале, ученые получили простые уравнения и подтвердили их численными данными, сгенерированными в модели для разных расстояний от источника тепла. Используя разработанную модель, команда заметила, что у кристалла есть определенные направления, вдоль которых тепловые лучи распределяют основную часть энергии. В настоящее время авторы готовятся к эксперименту, чтобы подтвердить свои теоретические выводы о реальных тепловых процессах в кристалле графена.

«Наши результаты могут широко использоваться для исследования теплообмена в микро- и нанопроцессорах. Это имеет большое значение для разработки высокопроизводительных компьютеров нового поколения. Наш аналитический подход может быть применен к широкому спектру сверхчистых материалов, таких как графен »заключил Антон КРИВЦОВ, член-корреспондент Российской академии наук, руководитель Высшей школы« Теоретическая механика », директор по исследованиям и образованию Центр «Газпромнефть-Политех» при Санкт-Петербургском политехническом университете Петра Великого.

Источник: https://english.spbstu.ru/