Совместная работа сотрудников Федерального исследовательского центра проблем химической физики и медицинской химии РАН (ФИЦ ПХФ и МХ РАН) и Самарского технического университета (СГТУ) открывает новые горизонты в управлении тепловыми потоками. Результаты исследования опубликованы в InternationalJournal of Thermal Sciences.

В современном мире, где электронные устройства становятся все меньше и быстрее, управление тепловыми потоками превращается в одну из самых острых проблем. Охлаждение чипа размером с песчинку или даже меньше, работающего на пределе возможностей, становится серьёзным научным вызовом для учёных, разрабатывающих новые материалы для наноэлектроники и оптоэлектроники. Решение этой задачи предложила команда исследователей из ФИЦ ПХФ и МХ РАН и Самарского технического университета.

Что такое двухтемпературная система? Это состояние материала, при котором его разные подсистемы — например, электроны и кристаллическая решётка — имеют различную температуру. Обычно считается, что у любого тела есть одна-единственная температура, но это справедливо только для состояния теплового равновесия. При быстром внешнем воздействии, таком как сверхкороткий лазерный импульс, равновесие нарушается. Электроны, которые первыми поглощают энергию, успевают сильно разогреться, в то время как массивные атомы решётки остаются холодными. Таким образом, в течение короткого времени в материале действительно сосуществуют две разные температуры.

Учёные исследовали, как в таких системах распространяются тепловые волны и как их свойства зависят от частоты внешнего воздействия. Основной результат их работы — обнаружение факта, что теплопроводность материалов может кардинально меняться в зависимости от того, насколько быстро меняется температура.

Такое понимание позволяет создавать «умные» материалы, которые по-разному реагируют на тепловые воздействия разной частоты. Например, можно разработать покрытие, которое проводит тепло при обычных условиях, но становится теплоизолятором при резких температурных всплесках — оптимальное решение для защиты чувствительных электронных компонентов.

Эти открытия прокладывают путь к созданию тепловых метаматериалов — искусственных структур, чьи необычные свойства управления теплом не встречаются в природе. Такие материалы могут использоваться не только в электронике, но и в системах терморегулирования космических аппаратов, высокоточных лазерных системах и даже в медицинских устройствах для локального нагрева тканей.

Источник: ФИЦ ПХФ и МХ РАН.