Tyhjiötä pidetään hyvänä eristeenä, koska lämpöenergialla on vaikea liikkua sen tilan läpi. Lämpöenergiaa sisältävien atomien tai molekyylien värähtely ei yksinkertaisesti pääse liikkumaan, jos niiden ympärillä ei ole atomeja tai molekyylejä. Berkeleyn yliopiston uusi tutkimus osoittaa, kuinka kvanttimekaniikan omituisuus voi kääntää tämänkin klassisen fysiikan perusajatuksen päälaelleen.
Tutkimus osoittaa, että lämmönjohtuminen voi tapahtua muutaman sadan nanometrisen tyhjiön läpi. Tämä perustuu kvanttimekaaniseen ilmiöön, joka on nimeltään Casimirin vuorovaikutus.
Vaikka tällä vuorovaikutuksella on merkitystä vain hyvin lyhyillä mittakaavoilla, sillä voi olla huomattavia vaikutuksia tietokonepiirien ja muiden nanomittakaavan komponenttien suunnitteluun. Näissä lämmön hajauttaminen on yksi keskeisiä kysymyksiä.
- Lämpö johdetaan yleensä kiinteässä aineessa atomien, molekyylien tai fononivärähtelyjen kautta. Tyhjössä ei ole fysikaalista väliainetta, joten vuosien ajan oppikirjat kertoivat meille, että fononit eivät voi kulkea tyhjiön läpi, kertoi tutkimusta ohjannut UC Berkeleyn konetekniikan professori Xiang Zhang.
Kokeissaan Xhangin tiimi kuitenkin yllättäen havaitsi, että fononit voivat todellakin siirtyä tyhjiön läpi näkymättömien kvanttivaihteluiden avulla. Kokeessa Zhangin ryhmä sijoitti kaksi kultapäällysteistä piinitridikalvoa muutaman sadan nanometrin päähän toisistaan tyhjiökammioon. Kun he lämmittivät yhtä kalvoista, myös toinen lämpeni, vaikka niitä ei yhistänyt mikään. Kalvojen välillä kulkeutui vain merkityksetön määrä valon säteilyenergiaa.
- Tämä uuden lämmönsiirtomekanismin löytäminen avaa ennennäkemättömät mahdollisuudet lämmönhallintaan nanomittakaavassa. Tämä voi vaikuttaa tulevaisuudessa sekä nopeaan laskentaan että tiedon tallentamiseen, sanoi tohtoritutkija Hao-Kun Li.
Vaikka teoreetikot ovat jo kauan pohtineet, josko Casimir-vuorovaikutus voisi auttaa molekyylin värähtelyjä kulkemaan tyhjän tilan läpi, sen osoittaminen kokeellisesti on ollut suuri haaste, jossa nyt sitten onnistuttiin.
Löytö fononien kulkuun kvanttiheilahtelujen kautta edustaa aikaisemmin tuntematonta lämmönsiirtomekanismia tavanomaisen johtavuuden, konvektion ja säteilyn lisäksi. Koska molekyylin värähtelyt ovat myös perustana kuulemillemme äänille, tämä löytö vihjaa, että myös äänet voivat kulkea tyhjiön kautta, Zhang toteaa yliopistonsa tieotteessa.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 17.12.2019
Pilvisiirtymien tahti on hidastunut, ja monet yritykset ovat jo saavuttaneet pilvestä saatavan kilpailuedun. Miten tämä vaikuttaa IT-palvelukumppaneiden rooliin ja prioriteetteihin tulevaisuudessa? TCS:n yritysarkkitehti Jukka-Pekka Ahonen kertoo omista näkemyksistään.
Autoteollisuuden järjestelmissä edellytetään välitöntä käynnistystä. Tämän takia tulevaisuuden ajoneuvoissa ja lopulta robottiautoissa vaaditaan nykyistä nopeampia muistiratkaisuja. Niitä kehittää KIOXIA.
Nokia Säätiö myöntää tunnustuspalkintonsa Tieteen tietotekniikan keskuksen eli CSC:n toimitusjohtaja Kimmo Koskelle hänen merkittävästä roolistaan yhteiseurooppalaisen LUMI-supertietokoneen ekosysteemin mahdollistajana. Koski oli keskeisessä roolissa, kun 11 maan eurooppalainen LUMI-konsortio rakennettiin.
Murata on esitellyt kaksi uutta HaLow-moduulia, jotka mahdollistavat jopa kilometrin kantaman Wi-Fi-yhteydellä. Nämä kompaktit, Sub-1 GHz -taajuuksia tukevat moduulit tarjoavat tehokkaita ratkaisuja erityisesti älykotien, teollisuuden ja infrastruktuurin IoT-sovelluksiin.
