Kahden nanomittakaavan esineen välillä ja jopa suuremmilla kuin nanomittakaan etäisyyksillä voi kulkea sata kertaa enemmän lämpöä, kuin mitä klassisenlämpöteorian perustella olisi mahdollista. Uudet löydökset voivat mahdollistaa lämpötransistrorien kehittämisen.
Tutkimustuloksilla voisi olla vaikutuksia aurinkokennoihin, materiaaleihin, jotka käyttäytyvät kuin yksisuuntaiset venttiilit lämpövirtaukselle ja ehkä jopa lämpöön perustuvalle tietojenkäsittelyalustalle.
Joku vuosi sitten Michiganin yliopiston professorit Pramod Reddy ja Edgar Meyhofer johtivat tutkimusta, joka osoitti, että lämpö voi kulkea 10 000 kertaa nopeammin nanomittaisten rakojen välillä. Rako oli pienempi kuin säteilyn hallitseva aallonpituus. Suuremmilla erotuksilla tämä mekanismi ei toiminut.
Nyt tehdyssä koeasetelmassa levyjen paksuus oli välillä 270 - 10 000 nanometriä. Ne sijoitettiin erittäin kapean raon päähän toisistaan.
Esimerkiksi luottokortin kokoisessa ja muotoisessa levyssä lämpö säteilee tavallisesti kustakin kuudesta sivusta suhteessa pinta-alaan. Mutta kun rakenteet ovat erittäin ohuita - ohuimmillaan noin puolet vihreän valon aallonpituudesta - nämä reunat vapautuivat ja absorboivat paljon enemmän lämpöä kuin odotettiin.
Syvällisempi pohdinta ja mallintaminen vahvistivat, että satakertainen lisäys lämpövirrassa johtuu siitä, että aallot kulkevat rinnakkain levyjen pitempien ulottuvuuksien kanssa ja lämpö ampuu reunoista ulos. Myös energian absorbointi toimii samalla tavalla samanlaisilla levyillä.
Koska vaikutus on voimakkain mikro- ja nanomitoilla uudella nanoteknologian kentällä tämä idea saattaa tulla käyttöön joissain laitteissa. Ryhmän ehdottamat esimerkit ovat lämmönvirtauksen hallitseminen samalla tavoin kuin elektronien hallitseminen elektroniikan avulla, jolloin syntyisi lämpötransistoreita ja diodeja seuraavan sukupolvien tietokoneille ja laitteille.
Pramod Reddy huomauttaa, että lämpötietokone olisi hitaampi ja suurempi kuin sähköinen versio, mutta hän uskoo, että se saattaa olla parempi tietyissä tilanteissa, kuten korkeissa lämpötiloissa, joissa tavanomainen elektroniikka ei kestä.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 17.9.2018
