表面波可以帮助纳米结构器件保持凉爽

由于硅微电子和光子器件的小型化的不断发展，器件结构的冷却越来越具有挑战性。散装材料中的常规传热主要由声子构成，它们是代表材料晶格振动的准粒子，类似于光子表示光波的方式。不幸的是，这种冷却方式已在这些微小的结构中达到极限。

然而，随着纳米结构器件中材料的变薄，表面效应变得占主导地位，这意味着表面波可以提供所需的热传输解决方案。表面声子-极化子(SPhPs)是由表面电磁波和沿介质膜表面传播的光子组成的混合波，具有特殊的前景，由东京大学工业科学研究所领导的研究小组现在演示并验证了这些波所提供的导热系数的增强。

研究的主要作者吴云辉说：“我们在各种厚度的氮化硅膜上生成了SPhP，并测量了这些膜在宽温度范围内的热导率。” “这使我们能够确定SPhP对在较薄的膜中观察到的导热性改善的具体贡献。”

研究小组观察到，当温度从300 K增加到800 K(大约27°C至527°C)时，厚度为50 nm以下的膜的热导率实际上增加了一倍。相反，在相同的温度范围内，厚度为200 nm的膜的电导率下降，因为声子在该厚度下仍占主导地位。

“工业测量表明氮化硅的介电功能在实验温度范围内没有很大变化，这意味着观察到的热增强可能归因于SPhP的作用，”工业科学研究所的Nomura Masahiro No解释说。研究。“当膜厚度减小时，沿膜界面的SPhP传播长度会增加，这使得使用这些非常薄的膜时，SPhP的传导热能远大于声子。”

因此，由SPhP提供的新冷却通道可以补偿纳米结构材料中声子导热系数的降低。因此，预计SPhP将在基于硅的微电子和光子器件的热管理中找到应用。