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  美国马里兰大学研究人员发现了一种全新的只在纳米领域才有的“遥感焦耳热效应”:当碳纳米管通电时,其附近物体会发热,而纳米管本身却仍然是冷的。研究人员指出,理解这种现象有望带来一种全新的计算机处理器制造方法,其能以更快速度运行却不会过热。

  焦耳效应已广为人知,给一根金属线通电时,其中的自由电子会在原子之间来回反射,使原子振动而发热。研究人员想看看给碳纳米管通电时的焦耳效应。他们利用该校材料科学与工程系副教授约翰卡明斯实验室开发的电子热显微镜技术,绘制出纳米电设备产生热量的位置,观察碳纳米管的通电效果,看热量是怎样沿着碳纳米管传播到金属接头上去的。结果却发现,热量直接跳到碳纳米管下面的氮化硅底片上,将底片加热了。他们把这种现象称为“遥感焦耳热效应”。

  “这是我们观察到的一种全新现象,只在纳米尺度才有,完全与我们的直觉相悖。”论文第一作者卡莫巴洛奇说,“碳纳米管的电子不断地从某种东西上反射,这种东西不是它的原子,然后邻近的氮化硅底片上的原子就振动起来,获得了热量。”

  这和用微波炉加热食物并不完全相同。研究人员解释说,他们只是给纳米管通电流,并没有故意产生微波场,这应该会让碳纳米管本身发热,而实际上却没有。碳纳米管的电子怎样从远处振动了底片材料的原子,其原因尚未明确。他们推测,还有一个“第三方”:电场。卡明斯解释说:“我们认为,碳纳米管的电子由于通电而产生了电场,底片原子是直接对这些电场起了反应,能量的传递是通过中介电场发生,并非由于碳纳米管电子对底片原子的反射。”

  将来这种“遥感焦耳热效应”能应用于计算机技术。研究人员下一步将确定该效应是否为碳纳米管所独有,如果其他材料也有,那么它们的共性是什么。卡明斯解释说:“氮化硅能以这种方式从通电碳纳米管上吸收能量,我们还想测试其他材料,如半导体和其他绝缘体。真正理解了这种现象的原理,我们就能结合热量管理设计出新一代的纳米电子设备。” (记者常丽君)

  目前制约计算机运行速度的因素之一,就是它会变得过热。如能找到清除余热的方法,运行速度也会更快。人们因此希望出现一种让情形完全改观的晶体管:本身不会把能量转变成热量,就像本研究中的碳纳米管那样。利用它全新的热传播机制,有望分别设计出热导体和电导体,选择它们各自的最佳性质,而不必让同一材料发挥两种功用。但目前,这是仅在纳米尺度的碳纳米管中独有的现象,科学家还必须确定其他材料中是否也有同类效应才行。