納米溫度計

一個由美國密西根大學等單位研究人員組成的國際小組開發出一種納米級的“溫度計”，能從原子尺度測量熱散逸，並首次建立了一種框架，來解釋納米級系統的熱散逸現象。這一成果為開發體積更小、功能更強的電子設備掃除了一項重要技術障礙。相關論文發表在《自然》雜誌上。

基本介紹

• 中文名：納米溫度計
• 外文名：Nanoscale thermometer

簡介

電流通過導電材料時會產生熱，理解電子系統中熱是從哪裡產生的，有助於工程師設計性能可靠而高效的計算機、手機和醫療設備等。在較大線路中，人們很容易理解熱是怎樣產生的，但對納米尺度的終端，經典物理學卻無法描述熱和電之間的關係。這些設備可能只有幾個納米大小，或由幾個原子構成。
在可接觸的巨觀世界裡，當電流通過導線時，整個導線都會發熱，與其相連的所有電極也是如此。相比之下，當“導線”是納米大小的分子，而且只和兩個電極接合時，溫度升高主要發生在二者之一中。“在原子級設備中，所有熱量集中在一個地方，很少會到其他地方。”

科研背景

該研究領導者、密西根大學機械工程和材料科學與工程副教授普拉姆德·雷迪說：“目前電晶體已經達到極小量度，在20或30納米級別。如果該行業繼續按照摩爾定律的速度發展下去，線路中電晶體體積縮小的速度是其密度的兩倍，如此離原子級別已經不遠。然後，最重要的事情就是要理解熱量散播和設備電子結構之間的關係，如果缺乏這方面的知識，就無法真正掌控原子級設備，我們的研究首次揭示了這一領域。”

測量溫度是科研和工業生產等領域的基礎工作之一。隨著電晶體等在內的很多器件尺寸越來越小，在微觀環境中測量溫度的要求也越來越高。早在幾年前，日本研究人員就開發出一種當時世界上最小的碳納米溫度計，這種溫度計直徑不到頭髮的1/500，能精確到0.25℃，可用於電子線路檢測、毛細血管溫度測定等諸多方面。而文中所述的納米溫度計更是小到足以進入單個細胞！這一成果無疑為滿足越來越高的溫度測量要求提供了新手段。

雷迪實驗室博士生李宇哲等人開發出一種技術，特製了一個穩定的原子設備和一種納米大小的溫度計，將二者結合做成一種圓錐形工具。在分子樣本線路中，圓錐形工具和一片黃金薄片之間能捕獲一個分子或原子，以研究其熱散逸。他們通過實驗顯示了一個原子級系統的變熱過程，以及這一過程與巨觀尺度變熱過程的不同，並且設計了一個框架來解釋這一過程。