نقصها در گرافن به اثر سردسازیِ محلی منجر میشود که میتوان 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 بلورکها، معمولاً قابلیت ماده برای اتلاف حرارت را کاهش میدهد. اکنون جیان فنگ کونگ (Jian Feng Kong) از موسسهی ماساچوست در کمبریج و همکارانش سازوکاری را پیشبینی کردهاند که بر اساس آن نقصهای ناخالصی (ناشی از اتمهای خارجی) در گرافن میتواند اتلاف حرارت را افزایش دهد. این تیم با تحلیل اثر چنان نقصهایی بر روی گسیل محلیِ فونونها توسط الکترونها، دریافتند که این نقصها میتوانند همچون کاواک تشدید برای فونونها عمل کرده و گسیل فونون را تا ده برابر بهبود بخشند. این سازوکارِ سردسازی را میتوان با اعمال ولتاژی روشن یا خاموش کرد و سردسازی قابلکنترل را در نانوقطعات برپایهی 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 یافتهای از فونونها 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 میافتد. وقتی یک گذار الکترونی نقص با انرژی الکترون بدام افتاده تشدید میشود، الکترون به شکل بسیار کارآمدتری فونون گسیل میکند. این گسیلِ بهبودیافته، اتلاف گرما در ناحیهی حول نقص را تسهیل میکند.

این تیم پیشبینی میکند که سازوکار ارائهشده، بتواند با تغییر انرژی فرمی ورقهی گرافن تنظیم شود؛ این انرژی، درواقع انرژی الکترونهای اندرکنشکننده با نقص را تعیین میکند. این تنظیمپذیری به شکل تجربی با اعمال ولتاژ به ماده حاصل میشود. پژوهشگران میگویند که این سازوکارِ شبیه پورسل قادر است نقشههای اتلاف گرما در گرافن را توضیح دهد؛چیزیکه نشان میدهد الکترونها بیشترِ انرژیشان را حول نقصها از دست میدهند.

این پژوهش در مجلهی فیزیکال ریویو بی منتشر شده است.

دربارهی نویسنده:

کاترین رایت کمکویراستار مجلهی فیزیک است.

منبع:

How Defects Keep Graphene Cool