นักวิจัย UCLA จับภาพ 'คลื่นความร้อนควอนตัม' ที่อุณหภูมิห้องได้สำเร็จ ปูทางสู่การจัดการความร้อนในอนาคต

แทนที่ความร้อนจะกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอในทุกทิศทาง (การนำความร้อนแบบแพร่) ทีมวิจัยแสดงให้เห็นว่า ฟอนอนสามารถเดินทางในเส้นทางที่ถูกโฟกัสและถูกนำทาง ซึ่งถูกกำหนดโดยโครงสร้างผลึกของวัสดุ คล้ายคลึงกับวิธีที่ใยแก้วนำแสงนำทางแสง

วิธีการสังเกต

นักวิจัยได้พัฒนา เทคนิคการทำแผนที่อุณหภูมิระดับนาโนโดยอาศัย tip-enhanced Raman spectroscopy เพื่อสร้างภาพรูปแบบการไหลของความร้อนโดยตรง

• ในวัสดุทั่วไป พวกเขาสังเกตเห็นรูปแบบการกระจายความร้อนแบบวงกลมสม่ำเสมอ ซึ่งสอดคล้องกับการแพร่ธรรมดา
• ในโบรอนอาร์เซไนด์ พวกเขาสังเกตเห็น รูปแบบอุณหภูมิที่เป็นลำแสงอย่างชัดเจน ยืนยันว่าความร้อนถูกนำทางไปตามทิศทางเฉพาะของผลึก
• รูปแบบการไหลของความร้อนเปลี่ยนไปตามทิศทางของหน้าผลึก โดย BAs แต่ละระนาบแสดง สมมาตรการโฟกัสแบบ 6 แฉก 8 แฉก และ 4 แฉก ที่แตกต่างกัน
• พฤติกรรมควอนตัมของฟอนอนคงอยู่เป็นระยะทาง 1 ไมโครเมตร และอาจยาวนานถึงหลายสิบไมโครเมตร ซึ่งเพียงพอสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ โฟโตนิก และควอนตัมสมัยใหม่
• ผลการทดลองสอดคล้องอย่างใกล้ชิดกับ การคำนวณทางทฤษฎีจากหลักการพื้นฐาน (first-principles) ยืนยันว่า BAs มีการกระจัดกระจายของฟอนอนที่อ่อนแอผิดปกติ ทำให้เกิดการขนส่งแบบคลื่นในระยะไกลที่อุณหภูมิห้อง

ผลกระทบต่อการจัดการความร้อน

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และฮาร์ดแวร์ AI — ความร้อนสูงเกินไปเป็นอุปสรรคสำคัญที่จำกัดประสิทธิภาพ ความน่าเชื่อถือ และความสามารถในการขยายขนาดของไมโครอิเล็กทรอนิกส์และฮาร์ดแวร์ AI การค้นพบนี้ทำให้ความร้อนสามารถ ถูกนำทาง โฟกัส และกระจายใหม่ด้วยความแม่นยำระดับนาโน ที่อุณหภูมิห้อง เปิดโอกาสให้เกิด "วิศวกรรมความร้อนเชิงควอนตัม" ซึ่งหมายถึงการออกแบบเส้นทางระบายความร้อนในชิปไว้ล่วงหน้า แทนที่จะพึ่งพาแผ่นระบายความร้อนหลังจากความร้อนกระจายตัวแล้ว

อุปกรณ์ควอนตัม — ความสามารถในการควบคุมปฏิสัมพันธ์ของฟอนอนกับอิเล็กตรอนและตัวพาพลังงานอื่นๆ ในระดับควอนตัม สามารถนำไปสู่ความก้าวหน้าใน การประมวลผลข้อมูลควอนตัมและเทคโนโลยีการตรวจจับควอนตัม ซึ่งการควบคุมสภาพแวดล้อมทางความร้อนที่แม่นยำเป็นสิ่งสำคัญ

การประยุกต์ใช้ในวงกว้าง — การค้นพบนี้ยังเป็นประโยชน์ต่อการจัดการความร้อนใน ระบบอวกาศ อุปกรณ์โฟโตนิก และการบรรจุภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์รุ่นต่อไป ซึ่งการนำความร้อนสูงของโบรอนอาร์เซไนด์ (ซึ่งเคยสาธิตโดยกลุ่มของ Hu) สามารถผสานกับการควบคุมการไหลของความร้อนแบบกำหนดทิศทางได้

รายละเอียดการศึกษา: ตีพิมพ์เมื่อวันที่ 23 กรกฎาคม 2026 ใน Nature Physics ผู้เขียน ได้แก่ Man Li, Huan Wu, Zihao Qin, Chuanjin Su, และ Huu Duy Nguyen (นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาปัจจุบัน/อดีตของ UCLA) ร่วมกับ Yongjie Hu ทุนสนับสนุนจาก U.S. Department of Energy, NSF และ NIH