Ученые выяснили, как в два раза увеличить теплопроводность алмазов
Теплопроводность алмазов под нагрузкой может быть резко увеличена или уменьшена, заявили ученые Техасского университета в новом исследовании, сообщает 14 мая Phys.org.
Алмаз является самым твердым материалом, встречающимся в природе, а также обладает самой высокой теплопроводностью, что позволяет максимально быстро пропускать через него тепло. Международная группа ученых с помощью суперкомпьютерного моделирования обнаружила, что при растяжении или сжатии алмаза его теплопроводность может быть резко увеличена или уменьшена.
Подобные открытия дают возможность для разработки новых микроэлектронных и оптоэлектронных устройств, таких как компьютерные чипы, квантовые сенсоры, устройства связи и многое другое.
Ученые разработали вычислительную модель, откалиброванную по экспериментальным данным с использованием рассеяния нейтронов и рентгеновских лучей на недеформированном алмазе, для определения физических свойств деформированного алмаза, таких как стабильность фононов, структура фононных зон и время жизни фононов.
«Применив эту структуру, мы обнаружили, что теплопроводность кристаллической решетки алмаза при комнатной температуре может быть увеличена или уменьшена более чем на 90% за счет механических деформаций без возникновения нестабильности внутри материала», — сказал автор исследования Фрэнк Ши, бывший научный сотрудник Массачусетского технологического института.
Научная группа использовала суперкомпьютер Frontera в Техасском центре передовых вычислений для выполнения тысяч расчетов по теории функционала плотности, чтобы определить структуру фононных зон и свойства рассеяния фононов в зависимости от тензора деформации. Затем они обучили сеть DPU (data processing unit) с помощью машинного обучения для создания девятимерной функции отклика для модели.
«И благодаря этому мы можем быстро рассчитать колебательные и электронные свойства алмаза при произвольной деформации, — сказал профессор ядерной энергетики Джу Ли из Массачусетского технологического института. — Теперь, благодаря модели машинного обучения, расчеты стали намного дешевле. Впервые мы можем полностью описать шестимерную поверхность „идеальной деформации“».
По словам Ли, эта работа развивает концепцию идеальной деформации, впервые предложенную Яковом Френкелем в 1926 году, которая дает приблизительное значение для простого сдвига без учета индивидуальных свойств материала.
