Nowa forma energii drgań struktury krystalicznej

Nowa forma energii drgań struktury krystalicznej

Zespół naukowców z Politechniki Federalnej w Lozannie opisał nową formę kwantów energii drgań struktury krystalicznej zwanych relaksonami. Pozwala ona trafnie opisać przepływ ciepła w obrębie kilku sąsiadujących ze sobą kryształów. W swoim artykule opublikowanym w czasopiśmie Physical Review X, zespół opisuje nowy model i jego możliwości w zakresie opisu przewodnictwa dwóch konkretnych kryształów.

Przez wiele lat fizycy do opisu przepływu ciepła poprzez kryształy wykorzystywali fonony. Przewodnictwo to według teorii odbywa się dzięki dwóm procesom: jego rozpraszaniu pomiędzy fononami na skutek drgań atomowych oraz zakłóceniom w sieci krystalicznej. Ta metoda opisu okazuje się być odpowiednia dla przewidywania sposobu w jaki ciepło będzie przewodzone przez wiele kryształów, jednak w przypadku niektórych z nich zwyczajnie się nie sprawdza. Dzięki wprowadzeniu nowej formy energii wibracji opisanej jako relaksony jest to teraz możliwe.

Naukowcy przeanalizowali nowy model w odniesieniu do dwóch materiałów: grafenu i krzemu. Fizycy badając grafen, uwzględniwszy w obliczeniach relaksony, odkryli, że wyniki są aż 8-krotnie wyższe niż w przypadku przewidywań opartych o standardowe podejście fononowe. Pozostają jednocześnie zgodnymi z obserwacjami laboratoryjnymi. Sugeruje to, że nowa metoda oferuje lepsze narzędzia do tworzenia modeli przewodności cieplnej dla grafenu i być może innych kryształów.

Wykorzystanie relaksonów do opisu przewodzenia ciepła ma poważne implikacje dla przyszłych badań teoretycznych związanych z interpretacją transportu hydrodynamicznego. Daje przy tym badaczom nowe narzędzia do tworzenia analiz predykcyjnych. Model oparty o relaksony może mieć również wpływ na badania eksperymentalne, zwłaszcza w dziedzinie nowych technologii spektroskopowych.

(rr)