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单分子热传递速率首次测得

文章作者:来源:www.kuisparlay.com时间:2019-09-27



该图显示了通过单个分子(桥接室温电极和加热电极尖端的原子尖端的碳原子链)产生的热量。图片来源:医师组织网络

根据物理学家组织网络的最新报告,以密歇根大学为首的国际研究小组首次测量了单个分子的传热速率,这是向分子计算机制造迈出的重要一步。分子计算使用分子而不是硅来创建最大化摩尔定律的电路,并使最强大的传统计算机成为可能。

根据摩尔定律,集成电路中的晶体管数量每两年翻一番。目前,人们认为摩尔定律是无止境的。人们普遍认为,分子计算是摩尔定律的“终结者”,但是分子计算机的发展仍然面临许多障碍,传热是其中之一。传热是指由于温差引起的能量传递。从热力学第二定律知道,当存在温度差时,热量不可避免地从高温传递到低温。

机械工程学教授埃德加迈霍夫(Edgar Maihofer)表示:“热是分子计算中的一个重要问题,因为电子组件基本上是连接两个电极的原子串。当分子加热时,原子将迅速振动,从而导致原子串破裂。”

但是到目前为止,科学家还无法测量沿着这些分子的热传递,更不用说控制它们了。在最新研究中,研究人员进行了第一个实验,以观察分子链中的热流。

近十年来,迈霍夫团队一直在为此做准备。他们开发了具有出色热敏性的量热仪,并将量热仪加热到20°C-40°C。量热计配备了带有纳米级尖端的金电极;此外,韩国科学家还准备了带有分子涂层(碳链)的室温金电极。

他们将两个电极放在一起直到它们刚好接触,这使碳原子链中的一些原子附着到量热计的电极上。在电极接触的情况下,热量从热量计自由流动,研究人员将电极缓慢拉开,以便只有碳原子链可以将它们连接起来。

他们用2-10个原子长的碳链进行了热流实验,但是链的长度似乎并没有影响热量通过它的速度。在室温下,热量计与电极之间的每个相差的传热速率为1°C,并且传热约为20皮瓦(20 teraflops)。

理论预测表明,即使分子链变长且长度为100纳米或更长,纳米级传热也是这种情况,研究小组希望阐明这一点是否正确。 (记者刘霞)

资料来源:《科学技术日报》