科學家發現由硅同位素製成的納米線比普通硅的導熱性能好150%

有電的地方就會產生熱量,而這是縮小電子設備的一個主要障礙。科學家們現在發現,由某種硅的同位素製成的納米線比普通硅的導熱性能好 150%,有可能導致計算機芯片的溫度大幅降低。

科學家發現由硅同位素製成的納米線比普通硅的導熱性能好150%

在一個繁忙的電子系統中,電流會產生大量的熱量,如果任其堆積,就會損壞元件。因此,冷卻技術也在快速發展,但隨着電子產品變得越來越小,有效散熱變得越來越難。

科學家在新研究中發現了被稱之為“硅-28”(Si-28)的特殊硅同位素,同位素是一種含有不同數量中子的特定元素的原子。目前大約 92% 的硅以“硅-28”的形式存在,5% 以“硅-29”(Si-29)形式存在,而剩餘的 3% 則以“硅-30”(Si-30)形式存在。

在計算機芯片中,這些同位素具有相同的一般電子功能,但以前的研究發現,Si-29 和 Si-30 的“雜質”會中斷熱量的流動。

科學家發現由硅同位素製成的納米線比普通硅的導熱性能好150%

過去,科學家們發現,用純“硅-28”製成的散裝元件可以將熱傳導提高 10% 左右–這並不壞,但並不真正值得付出額外的成本。在新的研究中,研究人員考察了由純Si-28製成的納米線的導熱效果如何。

研究小組將寬度僅為90納米的Si-28納米線置於兩個微加熱器墊之間,並對其中一個施加電流,以便產生的熱量通過納米線流向另一個。科學家們預計改進的幅度在20%左右–但令他們非常驚訝的是,它的性能比天然硅的納米線好 150%。

仔細檢查發現,在納米線的外部形成了一層二氧化硅,有效地撫平了通常粗糙的表面,使其散射熱量。在內部,由於缺乏其他同位素的缺陷,使熱量得以順利通過納米線的核心。

然而,有一個主要問題–從其他同位素中分離出硅-28仍然很昂貴和困難。但是未來也可以在這個領域取得進展,特別是有了一些新的理由來這樣做。

The research was published in the journal Physical Review Letters.

Source: Berkeley Lab