Jurutera UCLA Temui Fenomena Haba ‘Fokus’ Seperti Sinar Laser pada Suhu Bilik

Daripada haba merebak secara seragam ke semua arah (konduksi resapan), pasukan ini menunjukkan bahawa phonon boleh bergerak dalam laluan yang fokus dan berpandu, yang ditentukan oleh struktur kristal bahan tersebut — sama seperti bagaimana gentian optik memandu cahaya .

Bagaimana Mereka Memerhatikannya

Para penyelidik membangunkan teknik pemetaan suhu skala nano berasaskan spektroskopi Raman yang dimajukan hujung untuk menggambarkan secara langsung corak aliran haba .

• Dalam bahan konvensional, mereka memerhatikan corak penyebaran haba yang seragam dan membulat, konsisten dengan resapan biasa .
• Dalam boron arsenida, mereka memerhatikan corak suhu yang menyerupai sinar dengan jelas, mengesahkan bahawa haba dipandu di sepanjang arah kristal tertentu .
• Corak aliran haba berubah secara boleh diramal mengikut orientasi kristal: satah kristal BAs yang berbeza menunjukkan simetri pemfokusan enam, lapan, dan empat kali ganda yang berbeza .
• Tingkah laku phonon kuantum ini berterusan pada jarak satu mikrometer dan berpotensi sehingga puluhan mikrometer — mencukupi untuk peranti elektronik, fotonik, dan kuantum moden .
• Keputusan eksperimen sepadan rapat dengan pengiraan teori prinsip pertama, mengesahkan bahawa penyerakan phonon yang luar biasa lemah dalam BAs membolehkan pengangkutan seperti gelombang jarak jauh pada suhu bilik .

Implikasi untuk Pengurusan Terma

Elektronik dan perkakasan AI — Pemanasan berlebihan merupakan hambatan utama yang mengehadkan prestasi, kebolehpercayaan, dan skalabiliti dalam mikroelektronik dan perkakasan AI. Dengan membolehkan haba dipandu, difokus, dan diagihkan semula dengan ketepatan skala nano pada suhu bilik, penemuan ini membuka kemungkinan "kejuruteraan terma kuantum" — mereka bentuk laluan haba yang telah ditentukan dalam cip dan bukannya bergantung pada sinki haba pukal selepas haba merebak .

Peranti kuantum — Keupayaan untuk mengawal interaksi phonon dengan elektron dan pembawa tenaga lain pada peringkat kuantum boleh membolehkan kemajuan dalam pemprosesan maklumat kuantum dan penderiaan kuantum, di mana kawalan persekitaran terma yang tepat adalah kritikal .

Aplikasi yang lebih luas — Penemuan ini juga boleh memberi manfaat kepada pengurusan terma dalam sistem aeroangkasa, peranti fotonik, dan pembungkusan semikonduktor generasi akan datang, di mana kekonduksian terma tinggi boron arsenida (yang telah ditunjukkan oleh kumpulan Hu sebelum ini) kini boleh digabungkan dengan kawalan aliran haba mengikut arah .

Butiran kajian: Diterbitkan pada 23 Julai 2026, dalam Nature Physics . Pengarang termasuk Man Li, Huan Wu, Zihao Qin, Chuanjin Su, dan Huu Duy Nguyen (pelajar siswazah UCLA semasa/bekas) bersama Yongjie Hu . Dibiayai oleh Jabatan Tenaga AS, NSF, dan NIH .