Lähetä linkki
VTT:n tutkijat löysivät uuden lämmönkuljetusmekanismin
25.11.2010
VTT:n erikoistutkijat Mika Prunnila ja Johanna Meltaus ovat teoreettisessa analyysissaan osoittaneet, että hilavärähtelyjen lämpö eli atomien lämpöliike voi siirtyä suoraan kappaleesta toiseen tyhjiön läpi ilman mekaanista kontaktia. Tutkimuksessa saatua tietoa voidaan hyödyntää esimerkiksi lämmönhallinnan sovelluksissa ja komponenttien jäähdytyksessä.
Löydös kumoaa yleisen olettamuksen, että hilavärähtelyjen lämpö vaatii
välittäjäksi kiinteän mekaanisen kontaktin tai lämpösäteilyn siirtyäkseen
kappaleesta toiseen. Tutkimuksensa jatkoksi tutkijat suunnittelevat ilmiön
kokeellista todentamista.
Tutkimuksen lähtökohtana oli tutkia
uusia lämmönkuljetusmekanismeja, joita voidaan käyttää esimerkiksi sähköisten
komponenttien ja mikrosirujen jäähdytykseen. Tutkimuksessa käsiteltiin
eteneviä hilavärähtelyn hiukkasia eli akustisia fononeja, jotka huolehtivat
eristeiden ja puolijohteiden lämmönkuljetuksesta.
Tutkijat
havaitsivat, että lämmön siirtyminen kahden kappaleen välillä on mahdollista
fononien tunneloitumisen ansiosta. Tässä tunnelointi-ilmiössä akustiset
fononit luovat sähkökentän, joka vuotaa tyhjiöön ja edelleen seuraavaan
kappaleeseen, jossa kenttä taas muuttuu akustiseksi fononiksi. Sähkökenttä
puolestaan syntyy, kun fononit liikuttelevat kappaleen atomeja tai
elektroneja. Huomattava lämmön siirtyminen edellyttää, että sähkökenttä on
tarpeeksi vahva.
Tutkimustulokset on julkaistu 14.9.2010
Physical Review Letters -tiedejulkaisussa. Tuloksista on kirjoitettu myös
arvostetuissa tiedelehdissä: mm. New Scientist julkaisi 1.10.2010 artikkelin
“Sound can leap across a vacuum after all”.
KAAVIO:
Uusi lämmönkuljetusmekanismi