Фізики пояснили температурний парадокс наноматеріалів – це дозволить охолоджувати процесори в два-три рази ефективніше

Всупереч очікуванням, понадмалі джерела тепла остигають швидше, якщо їх помістити впритул один до одного. Досліджений температурний парадокс наноматеріалів який дозволить охолоджувати процесори в два-три рази ефективніше

Фізики Університету штату Колорадо знайшли пояснення тепловому парадоксу наноматеріалів, відкритому у 2015 році. Це може в змінити підхід до охолодження мікроелектроніки на кшталт процесорів – потоки тепла стануть повністю керованими, а ефективність охолодження значно збільшиться, повідомляє офіційний сайт вузу.

Шість років тому фахівці дослідницького інституту JILA нагріли лазером кремнієві бруски розміром в десятки нанометрів і виявили несподіваний ефект. Бруски повільно остигає поодинці, але коли їх поміщали майже впритул один до одного, на відстань в десятки і одиниці нанометрів – вони холоднішими в рази швидше. З точки зору термодинаміки, має бути навпаки: чим менше відстань між нагрітими тілами – тим гірше їх охолодження.

Для пошуку пояснення фізики Університету штату Колорадо в точності відтворили цей експеримент, але у віртуальному вигляді – використавши вузівський суперкомп’ютер Summit. Комп’ютерна модель дозволила вченим відстежити поведінку кожного атома і кожної частки, включаючи фонони – псевдочастинки, які в даному випадку переносять тепло від нагрітих тел.

Виявилося, саме поведінка цих фононів створює тепловий парадокс: на занадто малих відстанях вони починають «штовхатися», як люди на переповненому стадіоні, але швидко переходять до організованого руху в одному напрямку – е нагадує як натовп людей кинувся до виходу зі стадіону. Такий спрямований канал руху фононів веде тепло в зовнішнє середовище, не дозволяючи йому хаотично поширюватися в усіх напрямках.

За оцінками фізиків, цей ефект буде корисний для мікроелектронної промисловості, де розміри елементів (транзисторів) якраз складають одиниці і десятки нанометрів. Багатоядерні центральні і графічні процесори можна буде охолоджувати повністю керованими і високоефективними потоками фононів.