среда, 11 апреля 2012 г.

Углеродные нанотрубки демонстрируют загадочный эффект «удалённого электрического нагрева»

Углеродные нанотрубки демонстрируют загадочный эффект «удалённого электрического нагрева»Группа исследователей из Мэрилендского университета в Колледж-Парке (США) обнаружила: когда электрический ток проходит через углеродные нанотрубки, объекты, расположенные неподалёку, нагреваются, в то время как сами нанотрубки остаются прохладными.

Объяснение этого совершенно неожиданного явления, быть может, подскажет новые технологии создания компьютерных процессоров, которые смогут работать на более высокой частоте без перегрева.

«Это явление, наблюдающееся только на наноуровне, полностью противоречит здравому смыслу и нашим знаниям об электрическом нагреве в обычных условиях, — говорит ведущий автор работы Камаль Балоч, выполнивший её, будучи студентом. — Электроны нанотрубки от чего-то отскакивают, но не от её атомов. Каким-то образом атомы соседнего материала — подложки из нитрида кремния — вибрируют и нагреваются».

«Эффект немного странный», — признаёт Джон Камингс, руководивший исследовательским проектом. Он и г-н Балоч назвали явление «удалённым электрическим нагревом» (remote Joule heating).

Исследователи корпели над экспериментами в области электронной микроскопии. Результат оказывался всегда одним: когда они пропускали электрический ток через углеродные нанотрубки, подложка под ними становилась настолько горячей, что металлические наночастицы на её поверхности расплавлялись, но сами нанотрубки и металлические контакты, присоединённые к ним, не меняли температуры.

Обывателю может показаться, что в этом нет ничего особенного, ведь пища внутри микроволновки нагревается, а сама печь сохраняет комнатную температуру. Однако учёные не генерировали СВЧ-поле. Они, повторяем, лишь пропускали постоянный электрический ток через нанотрубки. Последние должны были нагреться. Представьте себе тостер, который поджаривает хлеб, оставаясь холодным.

Обычно электрический ток заставляет блуждающие электроны отскакивать от атомов металлической проволоки. Колебания электронов создают тепло, и любая проводка должна показать такой эффект, будь то нагревательные элементы тостеров, фенов или электроплит. Углеродные нанотрубки, как известно, проводят электричество, то есть выступают в роли наноразмерных металлических проводов, так что учёные ожидали того же эффекта.

Для наблюдения действия тока на нанотрубки исследователи воспользовались методикой тепловой микроскопии, разработанной группой г-на Камингса. Предполагалось увидеть, как тепло проходит по нанотрубке с металлическими контактами. Вместо этого тепло передавалось непосредственно подложке. Но как электроны нанотрубки могли заставить вибрировать атомы подложки, если они разделены приличным нанорасстоянием? Балоч и Камингс полагают, что здесь задействована «третья сторона» — электрические поля.

«Мы считаем, что из-за тока электроны нанотрубки создают электрические поля, и атомы подложки непосредственно реагируют на них, — поясняет г-н Камингс. — Передача энергии происходит именно таким образом, а не потому, что электроны нанотрубки отскакивают от атомов подложки. Хотя и существуют некоторые аналогии с микроволновой печью, физика этих явлений на самом деле очень разная».

Г-н Балоч добавляет, что удалённый электрический нагрев может иметь далекоидущие последствия для вычислительной техники. «В настоящее время производительность компьютерного процессора ограничивается его частотой, а последняя лимитируется тем, что процессор нагревается, — рассуждает исследователь. — Если найти способ избавляться от тепла более эффективно, он будет работать быстрее. Транзистор, который не рассеивает энергию в виде тепла, как нанотрубки в нашем эксперименте, мог бы всё изменить».

Ну а пока это явление, наблюдавшееся только на наноуровне и только в углеродных материалах, окружает «покров тайны». Если другие материалы могут дать такой же эффект, какими свойствами они должны обладать? И какие ещё полупроводники и диэлектрики могут заменить подложку из нитрида кремния?

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Nanotechnology.

Подготовлено по материалам Мэрилендского университета в Колледж-Парке.

Оригинальная статья

Поделитесь этой новостью с Вашими друзьями!

Ранее в рубрике "Компьютеры":

DARPA выделяет деньги на универсальных роботов-спасателей
Управление перспективных исследований Министерства обороны США (DARPA) объявило конкурс среди производителей роботов, предназначенных для ликвидации последствий стихийных бедствий. В рамках программы DARPA Robotics Challenge будут выделены десятки миллионов долларов на финансирование группы из любой точки мира, которая докажет, что ей под силу построить роботов, способных выполнять сложные движе...
  (читать дальше)

Общественная жизнь подталкивает эволюцию мозга
Чтобы подтвердить гипотезу о социальном двигателе в развитии мозга, исследователи смоделировали эволюцию виртуальных нейронных систем. Существует гипотеза, которая объясняет развитие высшей нервной системы у приматов сложной социальной жизнью. Нужен большой мозг, чтобы запомнить, кто друг, кто враг, кто выше по социальной лестнице, кто ниже. Чем сложнее была социальная структура, тем крупнее и с...
  (читать дальше)

Обнаружен ботнет из полумиллиона компьютеров Apple
Компания «Доктор Веб» предупреждает о повысившейся активности вредоносной программы BackDoor.Flashback.39, инфицирующей компьютеры под управлением операционных систем Apple Mac OS X. Сообщается, что троян распространяется через многочисленные веб-сайты: по некоторым данным, на конец марта в Сети насчитывалось более 4 млн инфицированных страниц. Все они содержат Java-скрипт, загружающий в браузер...
  (читать дальше)

Toshiba представляет линейку Android-планшетов Excite
Корпорация Toshiba до конца второго квартала начнёт продажи планшетов Excite 7.7, Excite 10 и Excite 13 с диагональю сенсорного дисплея соответственно 7,7, 10,1 и 13,3 дюйма. Программно-аппаратная база Все компьютеры выполнены на аппаратной платформе nVidia Tegra третьего поколения, которая включает четыре основных вычислительных ядра с тактовой частотой 1,4 ГГц, вспомогательное низковольтное ...
  (читать дальше)

«Айпад» может стать общеупотребительным термином
Слово iPad — название планшетов компании Apple — может стать нарицательным благодаря огромной популярности этих устройств. История знает немало примеров, когда название какого-либо продукта становится общеупотребительным. Например, памперсами часто именуют все подгузники с влагопоглощающим слоем, а не только изделия Pampers компании Procter & Gamble. А словом «гуглить» нередко называют проце...
  (читать дальше)

«Айпад» может стать общеупотребительным термином
Слово iPad — название планшетов компании Apple — может стать нарицательным благодаря огромной популярности этих устройств. История знает немало примеров, когда название какого-либо продукта становится общеупотребительным. Например, памперсами часто именуют все подгузники с влагопоглощающим слоем, а не только изделия Pampers компании Procter & Gamble. А словом «гуглить» нередко называют проце...
  (читать дальше)

Умер Джек Трэмиел, пионер компьютерной отрасли
В минувшее воскресенье, 8 апреля, ушёл из жизни Джек Трэмиел (Jack Tramiel), пионер компьютерной отрасли, основатель легендарной компании Commodore International. О его смерти спустя сутки сообщил сын Леонард Трэмиел (Leonard Tramiel). Джек Трэмиел родился в декабре 1928 года в Польше в еврейской семье. Пережив ужасы Освенцима, в ноябре 1947-го он эмигрировал в США, где вскоре был принят на служ...
  (читать дальше)

Samsung Galaxy S Aviator: смартфон с поддержкой LTE
Оператор US Cellular начал продажи коммуникатора Samsung Galaxy S Aviator на платформе Android 2.3.6 (Gingerbread). Аппарат выполнен в моноблочном корпусе на 1-гигагерцевом процессоре Hummingbird. Объём интегрированной флеш-памяти составляет 1,4 Гб; поддерживаются карты MicroSD вместимостью до 32 Гб. Сенсорный дисплей Super AMOLED Plus с диагональю 4,3 дюйма обладает разрешением 480×800 точек. ...
  (читать дальше)

Оказывается, вода не тонет в масле
Бросая вызов общепринятой точке зрения, не менявшейся тысячелетиями, австралийские учёные сообщают о том, что вода вполне способна плавать на поверхности масла. И это знание пригодится при очистке водоёмов от нефтяных пятен. Статья, посвящённая исследованию, вышла в журнале Langmuir. Как и Аристотель, который пытался дать объяснение плавучести, большинство современных людей знают, что менее плот...
  (читать дальше)
НАСА и ЕКА будут осваивать Марс в четыре этапа
Группа учёных из Европы, Канады и США, включая специалистов НАСА и ЕКА, выделила четыре главных требования к будущим проектам, посвящённым доставке образцов марсианского грунта на Землю. Во главу угла поставлены поиск следов прошлой или нынешней жизни. Отправка человека — на последнем месте. Хотя выполнение первоочередной задачи — всё равно что поиск иголки в стоге сена, учёные полагают, что и...
  (читать дальше)

Как природа осуществляет наноразмерный контроль за солнечной энергией
Начало природного процесса захвата солнечной энергии происходит в абсорбирующих свет протеиновых комплексах, называемых фотосинтетическими реакционными центрами (РЦ). Даже после миллиардов лет эволюции Природа и не думает отказываться от находящегося в центре РЦ абсорбирующего свет гексамерного кофактора, нужного для проведения самой первой химической реакции фотосинтеза — индуцированного светом э...
  (читать дальше)

Почему секс и красный цвет взаимосвязаны
Исследователи пришли к выводу, что красные женские гениталии не возбуждают мужчин — следовательно, для сексуальной символики красного цвета нужно искать иное, менее наглядное объяснение. Обычно поведенческие эксперименты такого рода проводят на млекопитающих. Поэтому то, что в исследовании участвовали не самцы обезьян, а обычные мужчины, добавляет результатам ещё и солидную долю пикантности. С...
  (читать дальше)

Как мысли о смерти нам жить помогают
Размышления о смерти делают нас добрее и внимательнее, а вид на кладбище способен помочь с пошатнувшимся здоровьем. Общество обычно табуирует тему смерти. Считается (и тому есть подтверждения в работах психологов), что мысли о смерти негативно влияют на психику, способствуют асоциальному и даже антисоциальному поведению, и что нормальной жизни «размышления о вечном» следует держать в узде. С пси...
  (читать дальше)

Королевство кривых лучей
Обычно свет распространяется по прямой. Конечно, при помощи сред с различными коэффициентами преломления его можно отклонить. Однако новые исследования двух независимых научных групп показывают, что и сам по себе пучок света может изгибаться до 360˚. Часто новое — это хорошо забытое, но не обязательно старое. В конце 1970-х физики Майкл Берри из Бристольского университета (Великобритания) и Нанд...
  (читать дальше)

Объявлены победители конкурса подводной фотографии
Подведены итоги ежегодного конкурса подводной фотографии, который проходит под эгидой Школы морских и атмосферных наук Университета Майами (США). До участия допускаются только любители, которые зарабатывают на фотографии не более 20% своего дохода. Второе место в категории «Макросъёмка»: «фарфоровый» краб из семейства Porcellanidae, зацепившийся за полип морское перо в национальном парк...
  (читать дальше)

Заболевания дёсен, оказывается, не имеют отношения ни к инфарктам, ни к инсультам
Вот уже два десятка лет учёные твердят о связи между заболеваниями дёсен, инфарктами и инсультами. И вдруг новый анализ данных показывает, что эти заявления ошибочны. Американская кардиологическая ассоциация опубликовала в AHA journal Circulation «научный рапорт», заключающий, что периодонтит не повышает риска возникновения сердечно-сосудистых хворей и не является их причиной. Более того, нет ни м...
  (читать дальше)

Аспирин, возможно, помогает против ожирения
Салициловая кислота, образующаяся в результате расщепления аспирина, активирует расщепление жиров в клетке. Кажется, человечество вот уже более полутораста лет живёт с лекарством от всех болезней, не догадываясь о его чудодейственном всемогуществе. Не так давно проходило сообщение о том, что аспирин можно пить для профилактики рака; полным ходом исследуется его благотворное влияние при сердечно-...
  (читать дальше)

Как звучит симметрия субатомного мира?
Хотите услышать песнь позитрона? Итальянский инженер Доменико Вичинанца, кажется, готов воплотить вашу мечту. Этот человек уже экспериментировал с вулканической активностью и даже играл древнегреческую музыку с «Оркестром забытых звуков». Теперь его влечёт субатомный мир туманных и пузырьковых камер — предшественников современных детекторов частиц. Туманную камеру изобрёл в 1895 году шотландск...
  (читать дальше)

Нам бы расписания взять и отменить
Исследователи из Технологического института Джорджии (США) обнаружили, что отмена управления наземным общественным транспортом при помощи расписания и использование децентрализованной самоуправляющейся схемы позволяет сделать движение более эффективным. В работе, опубликованной в журнале Transportation Research, описан алгоритм, позволяющий минимизировать интервалы между появлениями автобусов на о...
  (читать дальше)