納米溫度計

該研究領(lǐng)導(dǎo)者、密歇根大學(xué)機械工程和材料科學(xué)與工程副教授普拉姆德·雷迪說:"目前晶體管已經(jīng)達到極小量度，在20或30納米級別。如果該行業(yè)繼續(xù)按照摩爾定律的速度發(fā)展下去，線路中晶體管體積縮小的速度是其密度的兩倍，如此離原子級別已經(jīng)不遠。然后，最重要的事情就是要理解熱量散播和設(shè)備電子結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，如果缺乏這方面的知識，就無法真正掌控原子級設(shè)備，我們的研究首次揭示了這一領(lǐng)域。"

測量溫度是科研和工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域的基礎(chǔ)工作之一。隨著晶體管等在內(nèi)的很多器件尺寸越來越小，在微觀環(huán)境中測量溫度的要求也越來越高。早在幾年前，日本研究人員就開發(fā)出一種當(dāng)時世界上最小的碳納米溫度計，這種溫度計直徑不到頭發(fā)的1/500，能精確到0.25℃，可用于電子線路檢測、毛細血管溫度測定等諸多方面。而文中所述的納米溫度計更是小到足以進入單個細胞!這一成果無疑為滿足越來越高的溫度測量要求提供了新手段。

雷迪實驗室博士生李宇哲等人開發(fā)出一種技術(shù)，特制了一個穩(wěn)定的原子設(shè)備和一種納米大小的溫度計，將二者結(jié)合做成一種圓錐形工具。在分子樣本線路中，圓錐形工具和一片黃金薄片之間能捕獲一個分子或原子，以研究其熱散逸。他們通過實驗顯示了一個原子級系統(tǒng)的變熱過程，以及這一過程與宏觀尺度變熱過程的不同，并且設(shè)計了一個框架來解釋這一過程。

電流通過導(dǎo)電材料時會產(chǎn)生熱，理解電子系統(tǒng)中熱是從哪里產(chǎn)生的，有助于工程師設(shè)計性能可靠而高效的計算機、手機和醫(yī)療設(shè)備等。在較大線路中，人們很容易理解熱是怎樣產(chǎn)生的，但對納米尺度的終端，經(jīng)典物理學(xué)卻無法描述熱和電之間的關(guān)系。這些設(shè)備可能只有幾個納米大小，或由幾個原子構(gòu)成。

在可接觸的宏觀世界里，當(dāng)電流通過導(dǎo)線時，整個導(dǎo)線都會發(fā)熱，與其相連的所有電極也是如此。相比之下，當(dāng)"導(dǎo)線"是納米大小的分子，而且只和兩個電極接合時，溫度升高主要發(fā)生在二者之一中。"在原子級設(shè)備中，所有熱量集中在一個地方，很少會到其他地方。"