A menudo admirados por su impecable apariencia a simple vista, los cristales pueden tener defectos a escala nanométrica, y estas imperfecciones pueden afectar las propiedades térmicas y de transporte de calor de los materiales cristalinos utilizados en una variedad de dispositivos de alta tecnología.
Empleando técnicas de microscopía electrónica recientemente desarrolladas, investigadores de la Universidad de California, Irvine y otras instituciones han medido, por primera vez, los espectros de fonones vibraciones mecánicas cuánticas en una red en fallas cristalinas individuales, y descubrieronla propagación de fonones cerca de las fallas. Los hallazgos del equipo son objeto de un estudio publicado recientemente en Naturaleza .
"Los defectos puntuales, las dislocaciones, las fallas de apilamiento y los límites de grano se encuentran a menudo en materiales cristalinos, y estos defectos pueden tener un impacto significativo en la conductividad térmica y el rendimiento termoeléctrico de una sustancia", dijo el coautor principal Xiaoqing Pan, Henry Samueli Endowed de UCICatedrático de Ingeniería, así como profesor de ciencia e ingeniería de materiales y física y astronomía.
Dijo que hay amplias teorías para explicar las interacciones entre las imperfecciones de los cristales y los fonones, pero poca validación experimental debido a la incapacidad de los métodos anteriores para ver los fenómenos en un espacio y una resolución de momento lo suficientemente altos. Pan y sus colaboradores abordaron el problema a través denovedoso desarrollo de la espectroscopia vibratoria resuelta en el espacio y el momento en un microscopio electrónico de transmisión en el Instituto de Investigación de Materiales de Irvine de la UCI.
Con esta técnica, pudieron observar defectos individuales en carburo de silicio cúbico, un material con una amplia gama de aplicaciones en dispositivos electrónicos. Pan y sus colegas estaban familiarizados con cómo las imperfecciones en el carburo de silicio se manifiestan como fallas de apilamiento, yEl trabajo ha descrito los impactos termoeléctricos, pero ahora el equipo ha producido datos experimentales directos para caracterizar las interacciones de los fonones con los defectos individuales.
"Nuestro método abre la posibilidad de estudiar los modos vibracionales locales en defectos intrínsecos y no intrínsecos en los materiales", dijo Pan, quien también es director de IMRI y del Centro de Materiales Complejos y Activos de la UCI, financiado por la National Science Foundation. "Esperamos que encuentre aplicaciones importantes en muchas áreas diferentes, que van desde el estudio de fonones interfaciales que inducen resistencia térmica hasta estructuras defectuosas diseñadas para optimizar las propiedades térmicas de un material".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Irvine . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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