Тонкий атомный слой способен хорошо удерживать тепло
Ученые обнаружили, что асимметрия слоёв помогает значительно уменьшить теплоперенос, а следовательно, контролировать тепловой поток в термоэлектрических устройствах на наноуровне.
Нагрев, так или иначе, свойственен любому электронному устройству и не всегда оно полезно. Зачастую микрочипы выделяют больше тепла, чем могут отвести, что может привести к поломке или серьезному сокращению срока их службы.
Команда под руководством профессора Казухиро Янаги работает над способами получения и обработки ультратонких слоев дихалькогенидов переходных металлов. В частности, они взяли слои дисульфида молибдена и диселенида молибдена толщиной в один атом и сложили их в четыре слоя.
Слои можно соединять друг с другом различными способами. Традиционно слои соединяются химическим осаждением на подложке из паровой фазы, но команда смогла создать стопки слоев, связанных между собой силами Ван-дер-Ваальса. Существует огромное множество вариантов «связки» изолированных слоёв, различающихся степенью контроля прохождения тепла.
Они обнаружили, что слои, полученные методом химического осаждения, пропускают куда больше тепла, чем их собратья, связанные силами Ван-дер-Ваальса. Эффект можно использовать и в обратную сторону — отжигая слабо связанные слои, можно усилить связь между ними и улучшить перенос тепла.
У таких слоистых гетероструктур присутствует явная структурная асимметрия между соседними слоями атомов, что привело к значительному снижению теплопередачи.
Полученные командой результаты не только демонстрируют новую технологию, но и показывают общие правила проектирования материалов, позволяющие контролировать тепловые потоки на наноуровне. Эти открытия помогут разработать сверхтонкие и сверхлегкие изоляторы и разнообразные термоэлектрические материалы, в которых тепло может быть эффективно преобразовано в электричество.
Исследование опубликовано в ACS Nano.
