Когда кофейная чашка или любой другой объект нагреваются, неблагозвучие крошечных колебаний проходят через него. Теперь физики нашли фундаментальный квантовый предел на количестве тепла, которое может нести каждая отдельная вибрация. Ученые и инженеры, работающие над машинами с частями, несколько толстых молекул должны будут принять эти результаты во внимание, иначе устройства, могли бы перегреть второпях.Оба электрона и колебания тепла являются действительно квантовыми волнами, таким образом, электричество и тепло должны вести себя теми же странными способами в супермаленьких четвертях.
Электроны в проводе только несколько миллимикронов толщиной должны путешествовать в ряде квантовых каналов, скорее как полосы движения на мосту. Переулки открываются один за другим, когда напряжение между двумя хвостами проводных увеличений, таким образом, поток, проходящий через провод, поднимается в серии даже шагов.
Тепло, путешествующее вниз, микроскопические прогоны и лучи должны вести себя похожим способом, но до сих пор, укрощение технических проблем препятствовало тому, чтобы исследователи видели квантовые результаты.Для ловли квантовых движений тепла физики Майкл Рукес, Кейт Шваб и коллеги в Калифорнийском технологическом институте изучили тепловой поток в лучах нитрида кремния простой 60 миллимикронов толщиной и 200 миллимикронов шириной. Они нагрели каждый луч в одном конце и измерили перепад температур между двумя хвостами с ультрачувствительными термометрами.
Они тогда отследили тепловую проводимость луча, темп нагревания разделенного перепадом температур, когда они охладили луч к абсолютному нулю. Для осуществления эксперимента исследователи должны были применить меньше чем одну миллионную одной миллиардной ватта тепла к лучу, примерно сумма энергии, которая поразит глаз от лампочки на расстоянии в 60 миль.Ниже 1°C выше абсолютного нуля, резко падающая тепловая проводимость, выровненная в своего рода измененный, наклоненный шаг. Хотя не настолько симпатичный как его кузен, первый шаг в электрической лестнице проводимости, скошенный шаг показал, что только четыре из бесконечности колебаний остались.
Кроме того, угол склона показал квантовый предел на том, сколько тепла каждая вибрация могла нести. Эти последние каналы являются единственными, которые унесли бы тепло в устройствах масштаба атома, которыми управляют при низких температурах. И четырех каналов может не быть достаточно, чтобы препятствовать тому, чтобы супермаленькие машины перегрели, говорит Рукес.
Открытие, сообщил в выпуске 27 апреля Природы, близко соответствует предсказанию, сделанному 2 года назад физиками Джорджем Кирсезноу и Луисом Рего из Университета Саймона Фрейзера в Бернаби, Канада. «Я, очевидно, надеялся, что они будут видеть то, что мы предсказали», говорит Кирсезноу, «но я ошеломлен, что соглашение было так хорошо».