表面波可以帮助纳米结构设备保持凉爽

由于硅微电子和光子器件小型化的不断进步，器件结构的冷却越来越具有挑战性。散装材料中的传统热传输主要由声学声子主导，声子是代表材料晶格振动的准粒子，类似于光子代表光波的方式。不幸的是，这种类型的冷却在这些微小结构中已达到其极限。

然而，随着纳米结构器件中的材料变得更薄，表面效应变得占主导地位，这意味着表面波可以提供所需的热传输解决方案。表面声子极化子 (SPhPs) - 由表面电磁波和沿介电膜表面传播的光学声子组成的混合波- 显示出特别的希望，由东京大学工业科学研究所的研究人员领导的一个团队已经现在演示并验证了这些波提供的导热性增强。

“我们在不同厚度的氮化硅膜上生成了 SPhP，并在很宽的温度范围内测量了这些膜的热导率，”该研究的第一作者 Yunhui Wu 说。“这使我们能够确定 SPhP 对在更薄的膜中观察到的改善的导热性的具体贡献。”

该团队观察到，当温度从 300 K 增加到 800 K(大约 27°C 到 527°C)时，厚度为 50 nm 或更小的膜的热导率实际上增加了一倍。相比之下，200 nm 厚的膜的电导率在相同的温度范围内下降，因为声子仍然在该厚度下占主导地位。

“测量表明，氮化硅的介电函数在实验温度范围内没有发生很大变化，这意味着观察到的热增强可能归因于 SPhP 的作用，”工业科学研究所的 Masahiro Nomura 解释说，他是该研究的资深作者。研究。“当膜厚度减小时，SPhP 沿膜界面的传播长度增加，这使得 SPhP 在使用这些非常薄的膜时比声学声子传导更多的热能。”

因此，由 SPhP 提供的新冷却通道可以补偿纳米结构材料中声子热导率的降低。因此，SPhP 有望在硅基微电子和光子器件的热管理中找到应用。

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