Ilmuwan UCLA Temukan Cara Panas Bergerak Seperti Sinar Laser di Suhu Ruang

Alih-alih panas menyebar secara seragam ke segala arah (konduksi difusif), tim menunjukkan bahwa fonon dapat bergerak dalam jalur terfokus dan terbimbing yang ditentukan oleh struktur kristal material, mirip seperti bagaimana serat optik memandu cahaya .

Bagaimana Mereka Mengamatinya?

Para peneliti mengembangkan teknik pemetaan suhu skala nano berbasis tip-enhanced Raman spectroscopy untuk memvisualisasikan langsung pola aliran panas .

• Pada material konvensional, mereka mengamati pola penyebaran panas melingkar yang seragam, konsisten dengan difusi biasa .
• Pada boron arsenide, mereka mengamati pola suhu seperti sinar yang mencolok, mengonfirmasi bahwa panas dipandu sepanjang arah kristal tertentu .
• Pola aliran panas berubah secara prediktif mengikuti orientasi kristal: bidang kristal BAs yang berbeda memperlihatkan simetri pemfokusan enam, delapan, dan empat lipat yang khas .
• Perilaku fonon kuantum ini bertahan pada jarak satu mikrometer dan berpotensi hingga puluhan mikrometer — cukup untuk perangkat elektronik, fotonik, dan kuantum modern .
• Hasil eksperimen sangat cocok dengan perhitungan teoretis first-principles, mengonfirmasi bahwa hamburan fonon yang luar biasa lemah pada BAs memungkinkan transpor seperti gelombang jarak jauh pada suhu ruang .

Implikasi untuk Manajemen Termal

Elektronik dan Perangkat Keras AI — Overheating adalah hambatan utama yang membatasi performa, keandalan, dan skalabilitas mikroelektronika serta perangkat keras AI. Dengan memungkinkan panas untuk diarahkan, difokuskan, dan didistribusikan ulang dengan presisi skala nano pada suhu ruang, penemuan ini membuka kemungkinan "rekayasa termal kuantum" — mendesain jalur panas tertentu di dalam chip daripada hanya mengandalkan heatsink massal setelah panas menyebar .

Perangkat Kuantum — Kemampuan untuk mengontrol interaksi fonon dengan elektron dan pembawa energi lainnya pada level kuantum dapat mendorong kemajuan dalam pemrosesan informasi kuantum dan penginderaan kuantum, di mana kontrol lingkungan termal yang presisi sangat penting .

Aplikasi yang Lebih Luas — Penemuan ini juga dapat bermanfaat untuk manajemen termal dalam sistem aerospace, perangkat fotonik, dan kemasan semikonduktor generasi berikutnya, di mana konduktivitas termal tinggi boron arsenide (yang sebelumnya telah didemonstrasikan oleh kelompok Hu) kini dapat dikombinasikan dengan kontrol aliran panas yang terarah .

Detail studi: Diterbitkan 23 Juli 2026, di jurnal Nature Physics . Penulis termasuk Man Li, Huan Wu, Zihao Qin, Chuanjin Su, dan Huu Duy Nguyen (mahasiswa pascasarjana UCLA saat ini/sebelumnya) bersama Yongjie Hu . Didanai oleh U.S. Department of Energy, NSF, dan NIH .