Ещё одно полезное свойство черного фосфора открыто экспериментально

Новые экспериментальные данные, полученные в Национальной Лаборатории Лоуренса Беркли (Berkeley Lab), приблизят практическое внедрение в оптоэлектронные и термоэлектрические устройства нанолент, изготовленных из высокоперспективного материала — черного фосфора. Сотрудники лаборатории получили экспериментальное подтверждение ярко выраженной (до 2-х крат) разницы тепловой проводимости вдоль зигзагообразного и ступенчатого направлений монокристаллических нанолент из черного фосфора.

Эта анизотропия теплопроводности недавно была предсказана теоретиками для 2D-кристалла черного фосфора, но никогда до сих пор не наблюдалась на практике. В отличие от графена, черный фосфор, в соответствии с расчётами должен был обладать обратной тепловой и электрической анизотропией: тепло легче распространяется в том направлении, в котором наиболее затруднено течение электронов.

«Мы изготовили наноленты черного фосфора литографическим способом, а затем с помощью подвешенных микронакладок термоизолировали их от окружающей среды. Это позволило точно регистрировать самый незначительный градиент температур и теплопроводность по длине одиночной наноленты, — сообщил Цзюньцяо У (Junqiao Wu), один из авторов статьи, вышедшей в Nature Communications. — Мы также приложили значительные усилия, чтобы обеспечить необходимое для таких экспериментов наименьшее тепловое и электрическое сопротивление на границе раздела между нанолентой и контрактными электродами».

Наблюдавшуюся при температурах более 100 Кельвин высокую анизотропию объясняют дисперсией фотонов и, отчасти, фонон-фононным рассеянием — оба этих явления зависят от направления. Дальнейший анализ показал, что при 300 К теплопроводность снижалась с уменьшением толщины наноленты с 300 до 50 нанометров, но коэффициент анизотропии оставался примерно равным двум в этом диапазоне толщин.

Открытая анизотропия может оказаться полезна для организации эффективного управления температурой электронных компонентов, позволяющего повысить их производительность. Созданная в Berkeley Labs экспериментальная платформа будет использована в дальнейших исследованиях теплопроводности фосфорных нанолент — под действием нагрузки или давления, на границах раздела разных материалов и фаз.

Стратегія охолодження ЦОД для епохи AI