How heat dissipates at the atomic scale
چگونگی پراکندگی حرارت در مقیاس اتمی
In findings that could help overcome a major technological hurdle in the road toward smaller and more powerful electronics, an international research team involving University of Michigan engineering researchers has shown the unique ways in which heat dissipates at the tiniest scales
محققان دریافته اند که با یک مسیر کوچکتر و قدرتمند الکترونیکی می توانند بر یک مانع بزرگ تکنولوژیک غلبه کنند.
از این رو تیم تحقیقاتی بین المللی دانشگاه میشگان روش های منحصر به فردی برای مقایس های اندک گرما نشان داده اند.
![.jpg]()
nanothermometer-atomicscalefull-061213.jpg (اندازه: 11.91 KB / دانلودها: 26)
A paper on the research is published in the June 13 edition of Nature
مقاله مورد پژوهش در 13 ژوئن در مجله ی Nature چاپ شده است.
When a current passes through a material that conducts electricity, it generates heat. Understanding where the temperature will rise in an electronic system helps engineers design reliable, high-performing computers, cell phones and medical devices, for example. While heat generation in larger circuits is well understood, classical physics can’t describe the relationship between heat and electricity at the ultimate end of the nanoscale – where devices are approximately one nanometer in size and consist of just a few atoms.
![.jpg]()
nanothermometer-atomicscale-061213.jpg (اندازه: 23.3 KB / دانلودها: 26)
وقتی جریان الکتریسیته توسط یک هادی عبور می کنه, باعث تولید گرما می شه. که درک و اندازه گیری افزایش این درجه حرارت توسط
مهندسان طراح قابل اعتماد ,کامپیوترهای پیشرفته, خطوط ارتباطی و همچنین دستگاه های پزشکی انجام می شن.
برای مثال تولید گرما در مدار های بزرگ تر به خوبی شناخته خواهند شد اما فیزیک کلاسیک نمی تونه در واحدهای متشکل از چند اتم و نانو متری رابطه ای برای الکتریسیته و گرما توصیف کنه.
Within the next two decades, computer science and engineering researchers are expected to be working at this “atomic” scale, says Pramod Reddy, an assistant professor of mechanical engineering and materials science and engineering at U-M who led the research.
طی دو هفته آینده محققان علوم و مهندسی کامپیوتر انتظار دارند که این عمل را در مقیاس " اتمی" انجام بدهند.
پرامد ردی استادیار مهندسی مکانیک و علوم مهندسی مواد UM در پژوهش خود عنوان کرد:
![.jpg]()
nanothermometer-dissipation-061213.jpg (اندازه: 18.28 KB / دانلودها: 26)
“At 20 or 30 nanometers in size, the active regions of today’s transistors have very small dimensions,” Reddy said. “However, if industry keeps pace with Moore’s law and continues shrinking the size of transistors to double their density on a circuit then atomic scales are not far off.
"ابعاد 20 تا 30 نانومتری برای ترانزیستورهای فعال امروزی ابعاد بسیار کوچکی هستند" و " با این حال اگر صنعت این ابعاد را در همین اندازه نگه دارد بر اساس قانون مور: با کاهش اندازه ی ترانزیستورها به دو برابر تراکم خود در یک مدار برسند سپس به مقیاس اتمی نزدیک می شوند"
"The most important thing then, is to understand the relationship between the heat dissipated and the electronic structure of the device, in the absence of which you can't really leverage the atomic scale. This work gives insights into that for the first time."
مهم ترین چیز اینه که ما برای فهمیدن رابطه ی بین گرمای تلف شده و ساختار الکترونیکی در صورتی که واقعا نمی تونیم اهرمی برای مقایسه اتمی داشته باشیم, این عمل برای اولین بار این دیدگاه را به ما می دهد.
The researchers have shown experimentally how an atomic-scale system heats up, and how this differs from the process at the macroscale. They also devised a framework to explain the process
محققان تجربی نشان می دهند که: چطور یک سیستم در مقیاس اتمی را می توان افزایش حرارت داد و همچنین انجام متفاوت این فرآیند در ابعاد ماکرو و همچنین چهارچوب ابداع این فرآیند را توضیح می دهند.
![.jpg]()
nanothermometer-team-061213.jpg (اندازه: 111.26 KB / دانلودها: 0)
In the tangible, macroscale world, when electricity travels through a wire, the whole wire heats up, as do all the electrodes along it. In contrast, when the “wire” is a nanometer-sized molecule and only connecting two electrodes, the temperature rises predominantly in one of the electrodes.
در جهان ملموس ابعاد بزرگ وقتی که الکتریسیته در طول سیستم جابه جا می شود و باعث گرم گردن کل سیم می شه. و همین طور تمام الکترود های همراه آن نیز گرم می شوند.در مقابل وقتی که سیم در اندازه ی نانو باشه و تنها با دو الکترود در ارتباط باشه.درجه ی حرارت غالبا در یکی از الکترودها افزایش می یابد.
“In an atomic scale device, all the heating is concentrated in one place and less so in other places,” Reddy said.
ردی گفت: دریک دستگاه مقیاس اتمی حرارت در یک مکان متمرکز می شود و سایر مکان ها درجه حرارت پایین تری دارن.
In order to observe this, researchers in Reddy's lab—doctoral students Woochul Lee and Wonho Jeong and post-doctoral fellow Kyeongtae Kim—developed techniques to create stable atomic-scale devices and designed and built a custom nanoscale thermometer integrated into a cone-shaped device. Single molecules or atoms were trapped between the cone-shaped device and a thin plate of gold to study heat dissipation in prototypical molecular-scale circuits.
به منظور رعایت کردن این امر; محققان آزمایشگاه ردی _ وچال لی دانشجوی دکتری_ و ونهو جئونگ و همچنین دستیار دکتری کیونگت کیم
تکنیکی برای ایجاد دستگاه های پایدار در مقیاس اتمی طراحی و ساخته اند که یک دما سنج یک پارچه ی سفارشی به یک دستگاه مخروطی متصل شده که تک ملکول ها و اتم ها بین دستگاه های مخروطی شکل و یک صفحه نازک از طلا قرار می گیرند و اتلاف گرما در مدارهای اولیه آنها که در مقیاس ملکولی به دام افتاده مورد مطالعه قرار می گیرند.
"The results from this work also firmly establish the validity of a heat-dissipation theory that was originally proposed by Rolf Landauer, a physicist from IBM," Reddy said. "Further, the insights obtained from this work also enable a deeper understanding of the relationship between heat dissipation and atomic-scale thermoelectric phenomena, which is the conversion of heat into electricity."
ردی گفت: نتایج حاصل از این عمل به صورت پایدار و محکم ایجاد اعتبار برای یک نظریه ی اتلاف حرارت که در ابتدا توسط رلف لانداور
که یک فیزیکدان از آی بی ام بود ارائه شد. " علاوه بر این بینش های بدست آمده از این عمل درک عمیق تر از روابط بین اتلاف گرما و پدیده های حرارتی در مقیاس اتمی ست که باعث فعال شدن تبدیل گرما به الکتریسیته خواهد شد.
Researchers from the Universidad Autónoma de Madrid in Spain and the University of Konstanz in Germany also contributed to the work.
محققان دانشگاه های Autónoma مادرید در اسپانیا و در دانشگاه کنستانس در آلمان نیز به این عمل کمک کرده اند.
انجمن مهندسی شیمی همگام با آخرین دستاورد های روز دنیا در این عرصه
و باز هم مثل همیشه
JCE در صدر علوم فنی مهندسی
