Наука
Никита Логинов

Физики объяснили температурный парадокс наноматериалов — это позволит охлаждать процессоры в два-три раза эффективнее

Вопреки ожиданиям, сверхмалые источники тепла остывают быстрее, если их поместить вплотную друг к другу.

Наномасштабный перенос тепла от одиночного тела и группы близких тел Изображение JILA

Физики Университета штата Колорадо нашли объяснение тепловому парадоксу наноматериалов, открытому в 2015 году. Это может в корне изменить подход к охлаждению микроэлектроники вроде процессоров — потоки тепла станут полностью управляемыми, а эффективность охлаждения значительно увеличится, сообщает официальный сайт вуза.

Шесть лет назад специалисты исследовательского института JILA нагрели лазером кремниевые бруски размером в десятки нанометров и обнаружили неожиданный эффект. Бруски медленно остывали поодиночке, но когда их помещали почти вплотную друг к другу, на расстояние в десятки и единицы нанометров — они остывали в разы быстрее. С точки зрения термодинамики, должно быть наоборот: чем меньше расстояние между нагретыми телами — тем хуже их охлаждение.

Рассеивание тепла на разных расстояниях между нагретыми телами Изображение JILA

Для поиска объяснения физики Университета штата Колорадо в точности воссоздали этот эксперимент, но в виртуальном виде — использовав вузовский суперкомпьютер Summit. Компьютерная модель позволила учёным отследить поведение каждого атома и каждой частицы, включая фононы — псевдочастицы, которые в данном случае переносят тепло от нагретых тел.

Оказалось, именно поведение этих фононов создаёт тепловой парадокс: на слишком малых расстояниях они начинают «толкаться», как люди на переполненном стадионе, но быстро переходят к организованному движению в одном направлении — как если бы толпа людей устремилась к выходу со стадиона. Такой направленный канал движения фононов уводит тепло во внешнюю среду, не позволяя ему хаотично распространяться во всех направлениях.

По оценкам физиков, этот эффект будет полезен для микроэлектронной промышленности, где размеры элементов (транзисторов) как раз составляют единицы и десятки нанометров. Многоядерные центральные и графические процессоры можно будет охлаждать полностью управляемыми и высокоэффективными потоками фононов.

#новости #физика #процессоры #компьютеры