کشف عجیب دانشمندان: شیشه در ابعاد یک اتم، گرما را به‌خوبی منتقل می‌کند!
شیشه را معمولاً ماده‌ای می‌شناسیم که گرما را به‌خوبی منتقل نمی‌کند. از پنجره‌های دوجداره گرفته تا بعضی لایه‌های عایق در تجهیزات الکترونیکی، این ویژگی در کاربردهای روزمره و صنعتی اهمیت دارد. اما پژوهشگران آمریکایی و اسپانیایی به نتیجه عجیبی رسیده‌اند: وقتی اتصال میان دو قطعه شیشه آن‌قدر باریک شود که ابعاد آن به مقیاس اتمی برسد، رفتار انتقال گرما کاملاً متفاوت خواهد بود.
گروهی از دانشمندان دانشگاه کلرادو بولدر با همکاری پژوهشگرانی در مادرید، برای نخستین بار توانسته‌اند انتقال گرما از طریق اتصال فوق‌باریک دی‌اکسید سیلیکون آمورف را با دقت بسیار بالا اندازه‌گیری کنند. نتیجه نشان می‌دهد ماده‌ای که در اندازه‌های معمولی عایق حرارتی محسوب می‌شود، در مقیاس اتمی می‌تواند گرما را با کارایی قابل‌توجهی از خود عبور دهد.
این پژوهش در نشریه Nature Nanotechnology منتشر شده و دانشگاه کلرادو روز ۱۰ نوامبر ۲۰۲۶ جزئیات آن را در گزارشی عمومی توضیح داده است.
دانشمندان در آزمایش خود اتصالی را میان دو سطح شیشه‌ای ایجاد کردند و سپس با جدا کردن تدریجی آن‌ها، اندازه اتصال را کاهش دادند تا به ساختاری در ابعاد اتمی برسند. آن‌ها دریافتند انتقال گرما در این حالت، به‌جای پیروی کامل از رفتار آشنای مواد بزرگ، ویژگی‌های کوانتومی پیدا می‌کند.
در اندازه‌گیری‌ها، رسانایی گرمایی اتصال تا حدود ۴۰ درصد حد کوانتومی یک کانال انتقال گرما رسید؛ نتیجه‌ای که می‌تواند در آینده به شناخت بهتر مشکلات گرمایی تراشه‌های بسیار کوچک کمک کند.
البته این کشف به معنی تولید شیشه‌ای نیست که بتوان از آن به‌عنوان جایگزین فلزات در همه کاربردهای انتقال گرما استفاده کرد. پدیده مورد مطالعه در اتصالی بسیار کوچک و در شرایط دقیق آزمایشگاهی رخ داده است.
چرا شیشه در حالت معمول عایق گرماست؟
برای درک اهمیت این پژوهش، ابتدا باید دانست گرما چگونه در مواد جامد جابه‌جا می‌شود.
وقتی یک سمت جسم گرم‌تر از سمت دیگر باشد، انرژی حرارتی می‌تواند از بخش گرم به بخش سرد منتقل شود. اما سرعت و میزان این انتقال در مواد مختلف یکسان نیست.
فلزاتی مانند مس به‌دلیل ویژگی‌های الکترونی و ساختار داخلی خود معمولاً رسانایی گرمایی بالایی دارند. در مقابل، شیشه معمولی گرما را با سرعت بسیار کمتری منتقل می‌کند.
یکی از دلایل این تفاوت به ساختار اتمی مواد مربوط است.
در یک ماده بلوری، اتم‌ها معمولاً نظم مشخصی دارند. اما در شیشه، آرایش اتم‌ها فاقد نظم بلندبرد بلوری است.
این وضعیت با اصطلاح آمورف یا بی‌شکل توصیف می‌شود.
در مواد جامد، بخشی از انتقال گرما از طریق ارتعاش‌های شبکه اتمی انجام می‌شود. در شیشه، بی‌نظمی ساختاری باعث پراکندگی این ارتعاش‌ها می‌شود و می‌تواند انتقال گرما را محدود کند.
به همین دلیل، دی‌اکسید سیلیکون آمورف در بسیاری از کاربردها رفتاری متفاوت از مواد بلوری یا فلزی نشان می‌دهد.
اما نکته‌ای که پژوهشگران کلرادو متوجه شدند این است که وقتی مسیر عبور گرما تا ابعاد یک اتصال اتمی باریک شود، اهمیت همین بی‌نظمی ساختاری تغییر می‌کند.
پژوهشگران چگونه یک اتصال به ضخامت یک اتم ساختند؟
ساخت و بررسی یک اتصال اتمی با روش‌های معمول آزمایشگاهی امکان‌پذیر نیست.
دانشمندان برای این کار از نوعی میکروسکوپ حرارتی روبشی استفاده کردند که برای اندازه‌گیری تغییرات بسیار کوچک گرما طراحی شده است.
این دستگاه دارای نوکی فوق‌العاده ظریف است و می‌تواند به سطح نمونه نزدیک شود.
در آزمایش جدید، نوک شیشه‌ای دستگاه با یک سطح شیشه‌ای تماس پیدا کرد. سپس پژوهشگران نوک را با دقت بسیار زیاد عقب کشیدند.
در جریان این حرکت، اتصال میان دو سطح به‌تدریج باریک‌تر شد.
می‌توان این فرایند را تا حدی شبیه کشیدن یک ماده نرم میان دو سطح تصور کرد؛ با این تفاوت که در آزمایش واقعی، اندازه‌ها به محدوده‌ای می‌رسند که با چشم یا ابزارهای معمولی قابل مشاهده نیستند.
در نهایت، پل ارتباطی میان دو سطح به ساختاری در مقیاس اتمی تبدیل شد و پیش از قطع شدن، اطلاعات مربوط به انتقال گرما از آن اندازه‌گیری شد.
البته اصطلاح «رشته یک اتمی» به معنای ساخت یک سیم شیشه‌ای بلند و قابل استفاده در مدارهای معمولی نیست. پژوهشگران در واقع رفتار یک اتصال بسیار کوتاه و فوق‌باریک را بررسی کرده‌اند.
دستگاه اندازه‌گیری چگونه گرمایی به این کوچکی را تشخیص می‌دهد؟
یکی از مهم‌ترین بخش‌های این پژوهش، خود دستگاه اندازه‌گیری است.
برای بررسی انتقال گرما در یک اتصال اتمی باید تغییرات انرژی بسیار کوچکی تشخیص داده شود.
در چنین ابعادی، استفاده از دماسنج‌های معمولی بی‌معناست.
گروه پژوهشی به سرپرستی لانگجی تسوی، استاد مهندسی مکانیک دانشگاه کلرادو، از حسگری حرارتی با حساسیت در مقیاس پیکووات استفاده کرده است.
یک پیکووات برابر با یک‌هزارمیلیاردم وات است.
چنین حساسیتی به پژوهشگران اجازه می‌دهد تغییراتی را بررسی کنند که در تجهیزات بزرگ‌تر به‌آسانی قابل تشخیص نیستند.
نوک دستگاه، علاوه بر ایجاد تماس با نمونه، به سامانه اندازه‌گیری حرارت متصل است.
در نتیجه، هنگام تغییر شکل اتصال اتمی، پژوهشگران می‌توانند رفتار انتقال گرما را دنبال کنند.
این موضوع اهمیت زیادی دارد، زیرا اتصال‌های اتمی ممکن است ناپایدار باشند و در مدت کوتاهی شکل آن‌ها تغییر کند یا از هم جدا شوند.
تجهیزات جدید امکان بررسی این تغییرات را با دقت بالاتر فراهم کرده‌اند.
فوتون نیست؛ فونون چیست؟
در توضیح این کشف، پژوهشگران از اصطلاح فونون استفاده کرده‌اند.
فونون یکی از مفاهیم مهم فیزیک ماده چگال است و به توصیف کوانتومی ارتعاش‌های جمعی اتم‌ها در یک ماده مربوط می‌شود.
اگر بخواهیم ساده‌تر توضیح دهیم، در یک جسم جامد اتم‌ها کاملاً بی‌حرکت نیستند. آن‌ها در اطراف موقعیت‌های خود ارتعاش دارند و این ارتعاش‌ها می‌توانند به انتقال انرژی کمک کنند.
در فیزیک کوانتومی، چنین ارتعاش‌های جمعی را می‌توان با شبه‌ذراتی به نام فونون توصیف کرد.
این مفهوم با فوتون تفاوت دارد.
فوتون کوانتوم نور و تابش الکترومغناطیسی است، در حالی که فونون به ارتعاش‌های ماده مربوط می‌شود.
در بسیاری از مواد عایق الکتریکی، فونون‌ها سهم مهمی در انتقال گرما دارند.
پژوهشگران کلرادو به‌طور مشخص انتقال حرارت وابسته به فونون را در اتصال اتمی شیشه بررسی کرده‌اند.
نتیجه آن‌ها نشان می‌دهد حتی ماده‌ای با ساختار آمورف می‌تواند در این مقیاس، مسیر بسیار کارآمدی برای عبور انرژی ارتعاشی فراهم کند.
چرا بی‌نظمی شیشه در این ابعاد دیگر مانع اصلی نیست؟
در شیشه معمولی، مسیر حرکت ارتعاش‌های حامل گرما می‌تواند تحت تأثیر بی‌نظمی ساختار اتمی قرار گیرد.
اما وقتی اتصال به یک مسیر بسیار کوتاه و باریک محدود می‌شود، شرایط تغییر می‌کند.
پژوهشگران توضیح داده‌اند که در چنین ساختاری، ارتعاش‌ها ممکن است فرصت کمتری برای پراکنده شدن در اثر بی‌نظمی ماده داشته باشند.
در نتیجه، انرژی می‌تواند از یک سمت اتصال به سمت دیگر منتقل شود.
این رفتار به انتقال بالستیک گرما نزدیک می‌شود.
در انتقال بالستیک، حامل‌های انرژی می‌توانند مسیر مشخصی را بدون پراکندگی‌های متعددی که در مواد بزرگ‌تر رخ می‌دهند طی کنند.
نکته جالب این است که چنین رفتاری در شیشه آمورف مشاهده شده؛ ماده‌ای که معمولاً نمونه شناخته‌شده یک رسانای ضعیف گرما محسوب می‌شود.
بنابراین پژوهش تازه یکی از تصورهای رایج درباره ارتباط میان ساختار نامنظم و رسانایی حرارتی را در مقیاس اتمی دقیق‌تر می‌کند.
اما این نتیجه به معنی بی‌اهمیت شدن ساختار اتمی در تمام ابعاد نیست.
در قطعات بزرگ‌تر، آرایش اتم‌ها همچنان می‌تواند نقش مهمی در انتقال گرما داشته باشد.
رسیدن به ۴۰ درصد حد کوانتومی یعنی چه؟
یکی از بخش‌های اصلی مقاله علمی، اندازه‌گیری رسانایی گرمایی اتصال در مقایسه با حد کوانتومی است.
در فیزیک انتقال حرارت، برای یک کانال مشخص می‌توان حدی بنیادی برای میزان انتقال انرژی گرمایی تعریف کرد.
این حد با ویژگی‌های کوانتومی حامل‌های انرژی ارتباط دارد.
پژوهشگران گزارش کرده‌اند اتصال فوق‌باریک دی‌اکسید سیلیکون توانسته به حدود ۴۰ درصد این حد برسد.
اما این عدد نباید با بهره‌وری ۴۰ درصدی یک دستگاه یا انتقال ۴۰ درصد کل گرمای تولیدشده در تراشه اشتباه گرفته شود.
این نسبت، ویژگی مشخصی از رسانایی گرمایی اتصال آزمایشگاهی در مقایسه با حد بنیادی تعریف‌شده برای یک کانال است.
همچنین به معنی آن نیست که ۴۰ درصد انرژی گرمایی از یک پردازنده تجاری خارج شده است.
اهمیت نتیجه در این است که برای ماده‌ای آمورف، رسانایی نزدیک به این محدوده در مقیاس اتمی غیرمنتظره به نظر می‌رسید.
پژوهشگران می‌گویند این مقدار در مقایسه با رسانایی فونونی اتصال اتمی طلای بلوری در بررسی آن‌ها، حدود یک مرتبه بزرگی بیشتر بوده است.
با این حال، چنین مقایسه‌ای به رفتار انتقال فونونی در اتصالات مشخص مربوط است و نشان نمی‌دهد شیشه معمولی از یک قطعه مسی یا طلایی ضخیم بهتر گرما را منتقل می‌کند.
آیا گرما به شکل پله‌ای حرکت می‌کند؟
یکی دیگر از یافته‌های مهم آزمایش، مشاهده تغییرات پله‌ای در رسانایی گرمایی است.
وقتی پژوهشگران اتصال اتمی را به‌آرامی باریک‌تر می‌کردند، مقدار انتقال گرما همیشه به شکل یک تغییر نرم و پیوسته نبود.
در بعضی مراحل، مقادیر مشخصی از رسانایی مشاهده شد.
این رفتار با مفاهیم کوانتومی انتقال انرژی ارتباط دارد.
در جهان روزمره، بسیاری از ویژگی‌ها ظاهراً پیوسته تغییر می‌کنند؛ اما در مقیاس‌های بسیار کوچک، ساختار کوانتومی ماده می‌تواند باعث شود برخی کمیت‌ها رفتار گسسته داشته باشند.
مشاهده چنین تغییراتی در انتقال فونونی گرما یکی از جنبه‌های مهم پژوهش جدید است.
البته نباید تصور کرد گرما در تمام اجسام جامد به شکل بسته‌های قابل مشاهده و با فاصله زمانی ثابت منتقل می‌شود.
پدیده اندازه‌گیری‌شده به ساختار خاص اتصال اتمی و شرایط آزمایش وابسته است.
پژوهشگران با ترکیب داده‌های واقعی و مدل‌سازی اتمی تلاش کرده‌اند نشان دهند این رفتار چگونه از ویژگی‌های انتقال انرژی در مقیاس بسیار کوچک ناشی می‌شود.
مقایسه شیشه و طلا چه چیزی را نشان داد؟
طلا ماده‌ای فلزی و دارای ساختار بلوری است که در بسیاری از کاربردها رسانایی گرمایی خوبی دارد.
به همین دلیل، شاید انتظار داشته باشیم حتی در مقیاس اتمی نیز همیشه انتقال گرما در طلا بهتر از شیشه باشد.
اما نتیجه پژوهش نشان داد برای نوع مشخصی از انتقال انرژی، این تصور ساده درست نیست.
در مقایسه انجام‌شده، رسانایی گرمایی ناشی از فونون‌ها در اتصال اتمی دی‌اکسید سیلیکون می‌توانست بسیار بیشتر از مقدار مربوط به اتصال طلای بلوری باشد.
علت این تفاوت به مشخصات ارتعاشی مواد و محدوده فرکانس‌هایی مربوط می‌شود که می‌توانند انرژی گرمایی حمل کنند.
البته در فلزات، الکترون‌ها نیز می‌توانند سهم بزرگی در انتقال گرما داشته باشند.
بنابراین مقایسه فقط سهم فونونی، معادل مقایسه رسانایی گرمایی کل دو ماده در شرایط معمول نیست.
این تفاوت برای تفسیر درست نتیجه علمی اهمیت دارد.
پژوهشگران در واقع نشان داده‌اند ساختار آمورف لزوماً در مقیاس اتمی مانع بنیادی انتقال کارآمد فونون‌ها نیست.
فرکانس دبی چه نقشی در این پدیده دارد؟
یکی از نتایج مدل‌سازی پژوهشگران به مفهومی به نام فرکانس دبی مربوط است.
این مفهوم در توصیف ویژگی‌های ارتعاشی مواد جامد کاربرد دارد.
به زبان ساده، فرکانس دبی با محدوده انرژی و فرکانس ارتعاش‌هایی ارتباط دارد که در توصیف فونون‌های ماده اهمیت پیدا می‌کنند.
پژوهشگران نتیجه گرفته‌اند که در اتصال‌های اتمی مورد بررسی، این ویژگی نسبت به بی‌نظمی ساختاری ماده نقش تعیین‌کننده‌تری در رسانایی فونونی داشته است.
این نتیجه می‌تواند برای طراحی مواد و اتصالات بسیار کوچک جالب باشد.
برای مثال، مهندسان ممکن است در آینده به‌جای تمرکز صرف بر بلوری یا آمورف بودن ماده، ویژگی‌های ارتعاشی آن را نیز هنگام انتخاب ساختار انتقال گرما بررسی کنند.
اما چنین کاربردهایی هنوز نیازمند پژوهش بیشتر هستند.
نتایج یک اتصال کوتاه آزمایشگاهی را نمی‌توان بدون آزمایش به تمام لایه‌های عایق و مدارهای الکترونیکی تعمیم داد.
چرا این کشف برای پردازنده‌ها اهمیت دارد؟
یکی از مشکلات مهم طراحی پردازنده‌های پیشرفته، مدیریت گرماست.
با افزایش تراکم اجزای الکترونیکی، مقدار قابل‌توجهی انرژی می‌تواند در فضای کوچکی آزاد شود.
اگر گرما به‌درستی از بخش‌های حساس خارج نشود، دمای قطعه افزایش پیدا می‌کند.
افزایش دما ممکن است عملکرد، پایداری یا عمر بعضی اجزای الکترونیکی را تحت تأثیر قرار دهد.
مهندسان برای مدیریت این مسئله از روش‌های مختلفی استفاده می‌کنند؛ از طراحی مناسب مدار گرفته تا استفاده از مواد انتقال‌دهنده حرارت و سامانه‌های خنک‌کننده.
اما در ابعاد نانومتری، انتقال گرما در مرز میان مواد مختلف می‌تواند رفتار پیچیده‌ای داشته باشد.
دی‌اکسید سیلیکون نیز یکی از مواد پرکاربرد در صنعت نیمه‌رساناست.
در بعضی طراحی‌ها، از این ماده به‌عنوان لایه عایق استفاده می‌شود.
شناخت رفتار حرارتی آن در اندازه‌های بسیار کوچک می‌تواند به پژوهشگران کمک کند مدل‌های دقیق‌تری برای انتقال گرما در اتصالات و مرزهای داخلی تراشه‌ها توسعه دهند.
با این حال، نتیجه جدید به معنی آماده شدن یک روش تجاری برای خنک کردن پردازنده‌ها نیست.
آیا با این کشف گوشی‌ها کمتر داغ می‌شوند؟
هنوز چنین نتیجه‌ای نمی‌توان گرفت.
داغ شدن گوشی به عوامل متعددی وابسته است؛ از میزان مصرف توان پردازنده و باتری گرفته تا طراحی بدنه و مسیرهای انتقال گرما.
پژوهش کلرادو روی یک اتصال اتمی انجام شده و به بررسی بنیادی انتقال فونونی گرما مربوط است.
این تحقیق نشان نمی‌دهد که با افزودن رشته شیشه‌ای به گوشی، دمای دستگاه بلافاصله کاهش می‌یابد.
برای استفاده عملی، ابتدا باید مشخص شود چنین رفتار حرارتی در ساختارهای قابل تولید و پایدار چگونه قابل استفاده خواهد بود.
همچنین باید بررسی شود آیا طراحی جدید با روش‌های ساخت تراشه سازگار است یا خیر.
ممکن است شناخت بهتر انتقال گرما در مقیاس اتمی در آینده به طراحی مواد و اتصالات بهتری منجر شود.
اما فاصله میان کشف یک پدیده فیزیکی و تولید محصول مصرفی می‌تواند زیاد باشد.
بنابراین کاربرد احتمالی در گوشی و پردازنده فعلاً یک مسیر پژوهشی است، نه مزیتی که کاربران بتوانند امروز تجربه کنند.
میکروسکوپ جدید چه کاربردهای دیگری خواهد داشت؟
یکی از دستاوردهای مهم این پژوهش، توسعه ابزار اندازه‌گیری بسیار حساسی است که برای بررسی انتقال گرما در مقیاس اتمی به کار رفته است.
لانگجی تسوی و همکارانش معتقدند چنین ابزاری می‌تواند برای مطالعه مواد مختلف مفید باشد.
برای مثال، پژوهشگران ممکن است انتقال گرما را در اتصالات میان فلزات، نیمه‌رساناها یا مولکول‌های منفرد بررسی کنند.
همچنین می‌توان رفتار مواد را هنگامی که اندازه اتصال به چند اتم کاهش پیدا می‌کند با دقت بیشتری مطالعه کرد.
این اطلاعات ممکن است برای ساخت حسگرهای حرارتی پیشرفته یا شناخت پدیده‌های انتقال انرژی در تجهیزات نانومقیاس اهمیت داشته باشند.
اما هر ماده رفتار مخصوص خود را دارد.
بنابراین نتیجه مشاهده‌شده در دی‌اکسید سیلیکون آمورف نباید به شکل خودکار برای همه مواد دیگر پذیرفته شود.
ارزش ابزار تازه در این است که امکان انجام آزمایش‌های جدید را فراهم می‌کند.
پژوهشگران اکنون می‌توانند پرسش‌هایی را بررسی کنند که اندازه‌گیری مستقیم پاسخ آن‌ها پیش‌تر دشوار بود.
آیا می‌توان با این فناوری دیود یا ترانزیستور حرارتی ساخت؟
در مقاله علمی، پژوهشگران به کاربردهای احتمالی در ساخت قطعات فونونی پیشرفته اشاره کرده‌اند.
یکی از ایده‌های مطرح‌شده، دیود حرارتی است.
دیود الکترونیکی معمولاً برای کنترل جهت عبور جریان برق شناخته می‌شود.
در یک دیود حرارتی ایده‌آل، هدف آن است که انتقال گرما در یک جهت با جهت دیگر تفاوت داشته باشد.
مفهوم دیگری که در پژوهش‌های انتقال حرارت مطرح می‌شود، ترانزیستور حرارتی است؛ قطعه‌ای که بتوان با استفاده از یک ورودی کنترلی، میزان جریان گرما را تغییر داد.
چنین فناوری‌هایی می‌توانند در آینده برای مدیریت انرژی و دما در تجهیزات بسیار کوچک مفید باشند.
اما پژوهش تازه هنوز یک دیود یا ترانزیستور حرارتی تجاری ارائه نکرده است.
آنچه ساخته شده، ابزار اندازه‌گیری و اتصال آزمایشگاهی است که رفتار انتقال گرما را در مقیاس اتمی آشکار کرده است.
تبدیل این دانش به قطعه‌ای قابل تولید و قابل استفاده، به طراحی‌های تازه و آزمایش‌های بیشتر نیاز خواهد داشت.
نقش دانشگاه‌های اسپانیا در این تحقیق چیست؟
این پژوهش فقط در دانشگاه کلرادو انجام نشده است.
دانشمندانی از دانشگاه خودمختار مادرید و مؤسسه علوم مواد مادرید نیز در آن مشارکت داشته‌اند.
گروه آمریکایی بخش مهمی از اندازه‌گیری‌های آزمایشگاهی و توسعه ابزار را انجام داده و پژوهشگران اسپانیایی در مدل‌سازی و تحلیل نظری رفتار اتصال‌های اتمی مشارکت داشته‌اند.
چنین ترکیبی در پژوهش‌های مواد پیشرفته اهمیت زیادی دارد.
داده آزمایشگاهی می‌تواند نشان دهد در شرایط واقعی چه اتفاقی رخ داده است.
اما برای توضیح علت رفتار مشاهده‌شده، ممکن است به مدل‌سازی اتمی و بررسی حرکت و برهم‌کنش ذرات نیاز باشد.
پژوهشگران با مقایسه نتایج تجربی و شبیه‌سازی‌ها تلاش کردند نقش بی‌نظمی ماده، اندازه اتصال و ویژگی‌های ارتعاشی را از یکدیگر جدا کنند.
این همکاری به آن‌ها کمک کرده توضیح دقیق‌تری برای رسانایی غیرمنتظره شیشه در مقیاس اتمی ارائه دهند.
چه چیزهایی درباره این کشف هنوز نامشخص است؟
با وجود اهمیت نتیجه جدید، پرسش‌های زیادی برای پژوهش‌های بعدی باقی مانده است.
برای مثال، لازم است رفتار حرارتی اتصالات اتمی در مواد مختلف بررسی شود.
همچنین مشخص نیست چگونه می‌توان این ساختارها را در تعداد زیاد و با ویژگی‌های کاملاً یکنواخت تولید کرد.
اتصال اتمی آزمایشگاهی ممکن است تنها برای مدت کوتاهی پایدار بماند.
اما در یک دستگاه تجاری، قطعات باید برای مدت طولانی و در شرایط محیطی متغیر عملکرد قابل اعتمادی داشته باشند.
از سوی دیگر، استفاده از چنین اتصالاتی در ساختارهای بزرگ‌تر ممکن است با مشکلات تازه‌ای همراه شود.
برای مثال، انتقال گرما در مرزهای دیگر یا در مواد اطراف می‌تواند رفتار کلی را تغییر دهد.
بنابراین نتیجه یک اتصال بسیار کوچک لزوماً عملکرد مجموعه بزرگ‌تر را تعیین نمی‌کند.
همچنین برای بررسی کاربرد صنعتی، باید هزینه ساخت، پایداری مکانیکی و سازگاری با فرایندهای تولید تراشه ارزیابی شود.
این پرسش‌ها نشان می‌دهند فناوری هنوز در مرحله پژوهش بنیادی است.
کشفی که نگاه دانشمندان به شیشه را تغییر می‌دهد
نتیجه پژوهش دانشگاه کلرادو نشان می‌دهد ویژگی‌هایی که برای مواد در اندازه‌های معمولی می‌شناسیم، همیشه در مقیاس اتمی به همان شکل باقی نمی‌مانند.
شیشه در کاربردهای روزمره رسانای ضعیف گرماست، زیرا بی‌نظمی ساختار آن می‌تواند حرکت ارتعاش‌های حامل انرژی را محدود کند.
اما وقتی مسیر عبور گرما به اتصالی بسیار باریک کاهش پیدا کند، سازوکار انتقال تغییر می‌کند و رفتار کوانتومی آشکارتر می‌شود.
در آزمایش جدید، اتصال دی‌اکسید سیلیکون آمورف توانسته رسانایی فونونی معادل حدود ۴۰ درصد حد کوانتومی یک کانال داشته باشد.
این نتیجه از نظر فیزیکی اهمیت زیادی دارد، زیرا نشان می‌دهد بی‌نظمی ساختاری در چنین ابعادی الزاماً مانع اصلی انتقال گرما نیست.
پژوهشگران امیدوارند با استفاده از میکروسکوپ حرارتی جدید، رفتار مواد دیگر را نیز بررسی کنند و شناخت دقیق‌تری از انتقال انرژی در کوچک‌ترین ساختارهای ممکن به دست آورند.
اگر این مسیر در آینده به روش‌های عملی کنترل گرما منجر شود، ممکن است در طراحی تراشه‌های پیشرفته و تجهیزات نانومقیاس نقش داشته باشد.
اما در حال حاضر، دستاورد اصلی ساخت یک پردازنده خنک‌تر یا سریع‌تر نیست؛ بلکه کشف رفتاری غیرمنتظره از ماده‌ای آشنا در مقیاسی است که قوانین کوانتومی نقش تعیین‌کننده‌ای در آن دارند.
منبع: University of Colorado Boulder، Nature Nanotechnology، Phys.org
