Стекло, растянутое до толщины в один атом, пропускает тепло с эффективностью, невиданной для изоляторов. Это открытие сделала команда под руководством Лонцзи Цуя из Университета Колорадо в Боулдере, опубликовав результаты в журнале Nature Nanotechnology. Эту информацию сообщает сайт Phys.org.
Обычное стекло — плохой проводник тепла: хаотичное расположение атомов рассеивает колебания. Но в нити шириной в один атом беспорядку нет места, и тепловые колебания проходят напрямую. Исследователи обнаружили, что тепло течёт дискретными порциями, каждая из которых равна 40% от максимального количества, которое может переносить один канал по законам квантовой физики. Это первое наблюдение такого «квантованного» теплового потока, вызванного атомными колебаниями.
Учёные использовали сканирующий тепловой зондовый микроскоп (SThM) — прибор со стеклянным наконечником и встроенным термометром, который «ощущает» движение атомов. Цуй сравнивает его с крошечным пальцем: «Когда вы касаетесь поверхности пальцем, вы чувствуете текстуру и тепло. С этим микроскопом мы уменьшаем палец до наноразмера, и он может считывать температуру и тепловой поток через один атом».
В эксперименте два кусочка стекла сжимали, затем медленно раздвигали, растягивая контакт до нити в один атом, пока она не разрывалась. Открытие важно для будущего проектирования наноэлектроники: диоксид кремния, то есть стекло, уже используется в компьютерных чипах как изолирующий слой. Понимание теплопередачи на атомном уровне поможет сделать устройства меньше и эффективнее.
Цуй планирует продолжать исследования: «Мы теперь можем изучать с этим микроскопом любой материал, и он может постоянно преподносить сюрпризы». Его цель — создать сверхчувствительные датчики для измерения тепла и исследовать полупроводники — основу наноэлектронных устройств.