Група дослідників із Мерілендського університету у Коледж-Паренню (США) виявила: коли електричний струм проходить крізь вуглецеві нанотрубки, об'єкти, розташовані поруч, нагріваються, у той час як самі нанотрубки залишаються холодними.

Пояснення цього абсолютно несподіваного явища, можливо, підкаже нові технології створення комп'ютерних процесорів, які зможуть працювати на більш високій частоті без перегріву.

«Це явище, що спостерігається тільки на нанорівні, повністю суперечить здоровому глузду та нашим знанням про електричний нагрів у звичайних умовах, - говорить ведучий автор роботи Камаль Балоч, що виконав її, будучи студентом. - Електрони нанотрубки від чогось відскакують, але не від її атомів. Якимось чином атоми сусіднього матеріалу - підкладки з нітриду кремнію - вібрують і нагріваються».

«Ефект дещо дивний», - визнає Джон Камінгс, керівник дослідницького проекту. Він і Балоч назвали явище «віддаленим електричним нагрівом» (remote Joule heating).

Дослідники займались експериментами в області електронної мікроскопії. Результат виявлявся завжди одним: коли вони пропускали електричний струм крізь вуглецеві нанотрубки, підкладка під ними ставала настільки гарячою, що металеві наночастинки на її поверхні розплавлялися, але самі нанотрубки і металеві контакти, приєднані до них, не змінювали температури.

Людині без спеціальних знань може здатися, що у цьому немає нічого особливого, адже їжа всередині мікрохвильової печі нагрівається, а сама піч зберігає кімнатну температуру. Однак вчені не генерували надвисокочастотне поле. Вони лише пропускали постійний електричний струм крізь нанотрубки. Останні повинні були нагрітись. Уявіть собі тостер, що сушить хліб, залишаючись холодним.

Зазвичай електричний струм змушує блукаючі електрони відскакувати від атомів металевого проводу. Коливання електронів створюють тепло, і будь-який провід повинен показати такий ефект, будь то нагрівальні елементи тостерів, фенів чи електроплит. Вуглецеві нанотрубки, як відомо, проводять електрику, тобто виступають у ролі нанорозмірних металевих проводів, тому вчені очікували такого ж ефекту.

Для спостереження дії струму на нанотрубки дослідники скористалися методикою теплової мікроскопії, розробленою групою Камінгса. Передбачалося побачити, як тепло проходить по нанотрубці з металевими контактами. Замість цього тепло передавалося безпосередньо підкладці. Але як електрони нанотрубки могли змусити вібрувати атоми підкладки, якщо вони розділені пристойною нановідстанню? Балоч і Камінгс думають, що тут задіяно «третю сторону» - електричні поля.

«Ми вважаємо, що внаслідок дії струму електрони нанотрубки створюють електричні поля, і атоми підкладки безпосередньо реагують на них, - пояснює Камінгс. - Передача енергії відбувається саме таким чином, а не тому, що електрони нанотрубки відскакують від атомів підкладки. Хоча й існують деякі аналогії з мікрохвильовою піччю, фізика цих явищ насправді дуже різна».

Балоч також додає, що віддалений електричний нагрів може спричинити вагомі наслідки для обчислювальної техніки. «У даний час продуктивність комп'ютерного процесора обмежується його частотою, а остання лімітується тим, що процесор нагрівається, - розмірковує дослідник. - Якщо знайти спосіб позбуватися від тепла більш ефективно, він буде працювати швидше. Транзистор, що не розсіює енергію у вигляді тепла, як нанотрубки у нашому експерименті, міг би все змінити».

Ну а поки це явище, що спостерігалося лише на нанорівні і лише у вуглецевих матеріалах, залишається таємницею. 

Результати дослідження опубліковані у журналі Nature Nanotechnology.

Джерело: InfoNova.org.ua

За матеріалами: science.compulenta.ru