Elektronikte Isınma Sorununa Son: Akıllı telefonlar ve bilgisayarlar artık buz kesecek

Elektronikte Isınma Sorununa Son: Akıllı telefonlar ve bilgisayarlar artık buz kesecek

Yeni keşfedilen bir malzeme, ısıyı bakırdan neredeyse üç kat daha iyi iletebiliyor

Teknolojimiz, ısı şeklinde büyük miktarda enerji kaybediyor. Bilgisayar teknolojisi söz konusu olduğunda ısı, yalnızca enerjinin boşa gitmesi nedeniyle bir sorun teşkil etmez; aynı zamanda cihazınızın yavaşlamasına veya hasar görmesine de yol açabilir. Telefonunuzun veya bilgisayarınızın aşırı ısınmasını istemezsiniz; bu nedenle çözüm, ısıyı dağıtma konusunda daha yetkin bir malzeme olabilir—ve araştırmacılar, tam da bu malzemeyi bulmuş olabilirler.

Isı yönetimi malzemeleri arasında bakır, tahtın sahibidir. Metre-Kelvin başına 400 watt'lık mükemmel ısı iletkenliği sayesinde, tüm ticari ısı yönetimi malzemelerinin yüzde 30'unu oluşturmaktadır.

Şimdiyse, California Üniversitesi, Los Angeles (UCLA) bünyesindeki Yongjie Hu liderliğindeki araştırmacılar, metalik teta fazlı tantal nitrürü (θ-TaN) keşfettiler. Bu malzeme, metre-Kelvin başına yaklaşık 1.100 watt'lık ultra yüksek bir ısı iletkenliğine sahiptir.

Hu yaptığı açıklamada, "Araştırmamız, teta fazlı tantal nitrürün yüksek ısı iletkenliğine ulaşmak adına temelden yeni ve üstün bir alternatif olabileceğini; ayrıca yeni nesil ısı malzemelerinin tasarımına yön vermeye yardımcı olabileceğini gösteriyor," dedi.

Bu değer, metalik malzemeler açısından yeni bir rekor teşkil ediyor; ekip, bu malzemenin metallerdeki ısı transferi sürecini yeniden tanımladığını iddia edecek kadar ileri gidiyor. Nitekim, bu ilginç malzemenin sahip olduğu yüksek ısı iletkenliğinin sırrı, atomik düzeyde yatmaktadır.

Metallerin, ısı ve elektriğin mükemmel iletkenleri olduğu bilinmektedir. Bu özellik, metalin bünyesindeki elektronların serbestçe hareket etmesine olanak tanıyan atomik bağlardan kaynaklanır. Isı söz konusu olduğunda ise ikinci bir transfer modu devreye girer; bu transfer, atomik titreşimler aracılığıyla gerçekleşir. Söz konusu titreşimler parçacık benzeri bir davranış sergiler; bu nedenle, "foton" (phonon) adı verilen bir yarı parçacık (quasiparticle) olarak modellenirler.

Elektronlar ve fotonlar arasında sıklıkla güçlü etkileşimler gözlemlenir. Metaller mükemmel iletkenler olsalar da, bu etkileşimler ısı transferinin doğal verimliliğini sınırlandırmakta ve metallerin içinden ısı akışının ne denli iyi gerçekleşebileceğine dair bir engel oluşturmaktadır.

Araştırma ekibi, gerçekleştirdiği teorik modelleme çalışmaları sonucunda, teta fazlı tantal nitrürün, foton-elektron etkileşimlerinin zayıf düzeyde gerçekleşmesini sağlayan, gerçekten eşsiz bir atomik yapıya sahip olduğunu tespit etti. Bu durumun pratikte de geçerli olup olmadığını doğrulamak amacıyla ekip, ABD Enerji Bakanlığı'na bağlı Argonne Ulusal Laboratuvarı'nda bulunan İleri Foton Kaynağı'ndan (APS) yararlanarak malzemenin mikroskobik özelliklerini inceledi. Neler olup bittiğini görmek amacıyla, malzemeyi yüksek enerjili ışıkla bombardımana tuttular. Yüksek çözünürlüklü X-ışını gözlemleri, son derece zayıf elektron-fonon etkileşimlerini doğruladı.

Argonne bilim insanı Ahmet Alatas, “Yükseltilmiş APS’nin gelişmiş yetenekleri, bu hassas ölçümleri mümkün kıldı,” diye ekledi. “Deney ve teori, birlikte, rekor düzeydeki yüksek termal iletkenliğe mikroskobik bir açıklama getiriyor.”

Kaynak: IFLS