宾夕法尼亚州立大学马特·斯韦恩 宾夕法尼亚州立大学的一组研究人员报告说，一种制造技术可能会提供一种途径，来控制硅和其他半导体中纳米级的热载流子的无序流动
这项研究可能是朝着了解如何控制流经硅半导体的热流并有可能改善这些芯片的性能迈出的又一步
信用:宾夕法尼亚州立大学 找到管理硅中热量流动的方法可以提高半导体的性能，但是，迄今为止，发现正确的设计仍然难以实现
现在，宾夕法尼亚州立大学的一组研究人员报告说，一种制造技术可能会提供一条途径，来控制硅和其他半导体中纳米级的热载流子的无序流动
在一项研究中，研究人员使用超级计算机测试了一种在硅半导体中插入纳米尺寸孔的设计，发现由此产生的l模式(由均匀分布的球形夹杂物组成)可能会显著影响通过称为声子的原子振动传导热量的能力
夹杂物是半径在7到30纳米之间的孔
相比之下，人类的头发大约有80，000纳米宽
研究人员补充说，这是朝着理解如何控制流经硅半导体的热流迈出的重要一步，有朝一日，这将提高这些芯片的性能
材料科学与工程副教授伊斯梅拉·达波说，控制热流很困难，因为声子在一定尺度下会在材料中反弹
“当你从声子——传导热量的粒子——的层面来看待热量时，你会很快意识到这些声子只能走这么远而不会被偏转，”达波说，他也是计算与数据科学研究所(ICDS)的一名助理，该研究所运行着超级计算机，该团队的研究就是在该计算机上进行的
“因此，声子在材料中的传播距离是有限的，对于大多数材料来说，这个距离在50纳米到1000纳米之间
" 根据机械工程助理教授布赖恩·福利的说法，当用这些材料制成的结构的几何形状在这些长度尺度的数量级时，声子的行为变得更加复杂
福利说:“在过去的几十年里，人们一直在尝试为热电和热障涂层等产品设计低热导率的材料。”
“这项工作表明，如果你继续这种纳米结构的方法，进入有序几何体系中的10纳米以下区域，你会通过一个最低热导率，然后随着夹杂物继续收缩并最终消失，迅速恢复整体性能
现在，能够接触到最小值的另一面，我认为它变得更加有趣，因为我们可以设计对尺寸参数更加敏感的导热材料
" 尽管这项工作代表着重要的一步，但根据研究人员的说法，这仍然只是第一步，他们在最近一期的美国化学学会纳米上报告了他们的发现
然而，除了计算机芯片的增强，它可能在未来打开其他的可能性
例如，这种设计有助于将原本可能被浪费的热量转化为可用的能量
福利说:“我认为，这为未来十年左右的时间设定了一个目标，即使用类似这样的先进系统来设计电子设备的热等价物，如二极管和晶体管。”
“清除热量和提高能效将是这些热设备最直接的好处——声子计算和热计算是它们可能被使用的其他方式
" 研究人员说，这项工作也有助于其他科学家探索研究声子的奇怪世界
该论文的第一作者之一、研究生研究助理陈伟南说，虽然大多数人意识到电子和光子可以同时表现出波状和粒子状行为，但他们可能不知道声子具有类似的性质
“我们知道电子可以是粒子也可以是波，这是现代物理学的基础，”陈说
“同样的概念也适用于声子
它可以被看作一个粒子，也可以被看作一个波
在这种情况下，它不再输送电能，而是热流
因此，这对于温度以及温度在材料中的分布非常敏感
" 与电子和光子不同，声子需要以凝聚态存在——这给研究声子的研究人员带来了很多麻烦
福利说:“我们有时会认为是电子世界制造的——有明确的传导路径和电子与空穴的弱相互作用‘气体’，它们很少相互看见。”
“但是，热流更难研究，因为它很难被限制，而且到处都是；更不用说错综复杂的声子，当它们相互碰撞时，它们会碰撞到其他东西
这是一个由串扰和碰撞组成的互联网络；这可能是一个很大的混乱
" 该研究的第一作者、博士生迪莎·塔尔热亚也有同感，她说测量这些复杂结构中的热流是非常有意义的
塔尔热亚说:“在硅等材料中以有序的方式合成纳米大小的孔，并能够通过实验捕捉理论上预测的声子扩散，这确实是一次令人兴奋的旅程
" 达波和福利补充说，如果没有已故约翰·巴丁开发的纳米制造技术，精确设计这些纳米结构(或称可调性)的能力是不可能的
福利说:“对我来说，制造过程令人震惊。”
“约翰·巴丁开发的东西具有颠覆性，因为它是设计热结构的全新途径
我希望我们能帮助他把这部分遗产贡献给化学和更广泛的科学
"
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