مقياس حراري نانوي يسمح بقياس الحرارة على المستوى الذري

كما هو معروف، عندما يمر تيار كهربائي ضمن مادة ناقلة للكهرباء، سوف تنتشر حرارة، يستطيع العلماء قياس الحرارة المنتشرة لكن لا تستطيع الفيزياء الكلاسيكية أن تصف العلاقة مابين الحرارة والكهرباء عند الحد الأقصى من المستوى النانوي-حيث تكون أبعاد المواد من مرتبة النانو وتتألف من عدد ضئيل من الذرات.

إذا تم استيعاب كيفية ارتفاع الحرارة ضمن النظم الالكترونية، سوف يساعد ذلك المهندسين لتصميم أجهزة كمبيوتر، هواتف محمولة، أجهزة طبية موثوقة، وبأداة عال.

خلال العقدين القادمين، يتوقع الباحثون في مجال علوم وهندسة الكمبيوتر أن يصبح عملهم ضمن المستوى الذري، وذلك حسب برامود ريدي Pramod Reddy أستاذ مساعد في الهندسة الميكانيكية:

“في أبعاد مابين 20 أو 30 نانومتر، هي اليوم المواقع الفعالة للترانزستورات والتي لها أبعاد صغيرة. إذا استطاعت الصناعة أن تواكب قانون مور Moore’s law، والابقاء على تصغير أبعاد الترانزستورات بمضاعفة كثافتها ضمن الدارة، بالتالي فالترانزستورات النانوية هي ليست بعيدة المنال. إن أهم فكرة هي فهم العلاقة مابين الحرارة المنتشرة والبنية الالكترونية للجهاز، والتي في حال غيابها لا يمكن الاستفادة من المقياس الذري”.

أظهر الباحثون بالتجارب كيف تسخن الدارات على المستوى الذري، وكيف تختلف آليتها عن المستوى المرئي (العياني)، فعندما ينتقل تيار ضمن سلك سوف يسخن كامل السلك كما هي الحال على المساري electrodes، بينما لو كان السلك عبارة عن جزيئة نانوية ويتصل بمسريين فقط، سوف ترتفع الحرارة غالباً على أحد المسريين.

صمم المخبر التابع لريدي مقياس حراري متصل بأداة تشبه المخروط. توضع الذرات أو الجزيئات ضمن المخروط، بالإضافة لرقيقة من الذهب لدراسة انتشار الحرارة في تنميط الدارة ذات الأبعاد الجزيئية. يأمل الباحثون أن تعطي هذه التجارب أكبر مقدار من المعلومات المساعدة لمعرفة أدق لانتقال الحرارة على المستوى الذري.

المصدر:

https://news.umich.edu/nano-thermometer-enables-first-atomic-scale-heat-dissipation-measurements/