نقص ها در گرافن به اثر سردسازیِ محلی منجر می شود که می توان از آن در کنترل اتلاف گرما در نانوقطعات استفاده کرد.

نقص در مواد مختلف، مثل خارج شدن یک اتم از جای خود یا مرزهای مابین بلورک ها، معمولاً قابلیت ماده برای اتلاف حرارت را کاهش می دهد. اکنون جیان فنگ کونگ ( Jian Feng Kong ) از موسسه ی ماساچوست در کمبریج و همکارانش سازوکاری را پیش بینی کرده اند که بر اساس آن نقص های ناخالصی (ناشی از اتم های خارجی) در گرافن می تواند اتلاف حرارت را افزایش دهد. این تیم با تحلیل اثر چنان نقص هایی بر روی گسیل محلیِ فونون ها توسط الکترون ها، دریافتند که این نقص ها می توانند همچون کاواک تشدید برای فونون ها عمل کرده و گسیل فونون را تا ده برابر بهبود بخشند. این سازوکارِ سردسازی را می توان با اعمال ولتاژی روشن یا خاموش کرد و سردسازی قابل کنترل را در نانوقطعات برپایه ی گرافن عملیاتی ساخت.

کشف سازوکار اتلاف گرما توسط کونگ ( Kong ) و همکارانش مزایای فرآیندی متناظر با اثری موسوم به اثر پورسل را برجسته ساخته است؛ اثر پورسل گسیل ارتقاء یافته ای از فونون ها با استفاده از اتمِ به دام افتاده در یک کاواک اپتیکیِ تشدید است. در سازوکار جدید بجای یک اتم در یک کاواک، یک الکترون توسط نقص بدام می افتد. وقتی یک گذار الکترونی نقص با انرژی الکترون بدام افتاده تشدید می شود، الکترون به شکل بسیار کارآمدتری فونون گسیل می کند. این گسیلِ بهبودیافته، اتلاف گرما در ناحیه ی حول نقص را تسهیل می کند.

این تیم پیش بینی می کند که سازوکار ارائه شده، بتواند با تغییر انرژی فرمی ورقه ی گرافن تنظیم شود؛ این انرژی، درواقع انرژی الکترون های اندرکنش کننده با نقص را تعیین می کند. این تنظیم پذیری به شکل تجربی با اعمال ولتاژ به ماده حاصل می شود. پژوهش گران می گویند که این سازوکارِ شبیه پورسل قادر است نقشه های اتلاف گرما در گرافن را توضیح دهد؛چیزی که نشان می دهد الکترون ها بیشترِ انرژی شان را حول نقص ها از دست می دهند.

این پژوهش در مجله ی فیزیکال ریویو بی منتشر شده است.

درباره ی نویسنده:

کاترین رایت کمک ویراستار مجله ی فیزیک است.

منبع: