[ ERA: DABARTIS ]

Šiluminio laidumo griūtis grafeno-BN heterostruktūrose: 120 Kelvinų temperatūros šuolis

Nuotrauka: FLUX Dev

Dvisluoksnio grafeno ir heksagoninio boro nitrido heterostruktūros susiduria su fononų sklaidos anomalijomis, kurios tiesiogiai lemia energijos disipaciją 1,4 pikosekundžių intervale. Šis procesas nėra tiesioginis šilumos perdavimas, o lokalizuotas atominio tinklo virpesių disbalansas, kai fononai praranda savo impulsą susidūrimo su Moire gardelės defektais metu. Energija virsta nevaldoma entropija.

Kiekvienas tranzistoriaus kanalas, suformuotas per cheminį nusodinimą iš garų fazės, išlaiko 0,8 gigapaskalio vidinį slėgį, tačiau šis skaičius yra tik statinė iliuzija. Dinaminėje būsenoje, esant 4 gigahertzų takto dažniui, fononų srautas susiduria su atominių sluoksnių nesutapimu, sukurdamas 120 kelvinų temperatūros šuolį per 3 nanometrus. Medžiaga praranda vientisumą.

Boro nitrido izoliacinis sluoksnis veikia kaip akustinis veidrodis, atspindintis fononus atgal į grafeno kanalą, kur jie kaupiasi 300 teravatų į kvadratinį metrą tankiu. Šis reiškinys sukelia lokalią gardelės deformaciją, kurios dydis siekia 0,05 angstremo, tačiau šio menko nuokrypio pakanka elektronų mobilumui sumažinti iki 1500 kvadratinių centimetrų per voltsekundę. Fizika čia tampa negailestinga.

Šiluminio laidumo koeficientas šioje heterostruktūroje krenta nuo 2000 iki 50 vatų metrui kelvinui, kai fononų bangų ilgis tampa mažesnis už Moire periodo plotį. Tokiu atveju fononai tampa užrakinti tarp dviejų 2D medžiagų plokštumų, sukurdami stacionarias bangas, kurios destabilizuoja visą krūvininkų pernašos mechanizmą. Viskas sustingsta.

Sluoksnių sąsajoje susidarantys elektroniniai minidėsniai priverčia fononus rezonuoti 18 kilohercų dažniu, kas sukelia mechaninę įtampą, viršijančią medžiagos plastiškumo ribą. Kai ši įtampa pasiekia 1,2 gigapaskalio, atominė matrica pradeda mikroskopinį irimą, kurį fiksuoja tik skeneriai, pajėgūs aptikti 0,001 nanometro pokyčius. Struktūra praranda atsparumą.

Dėl Van der Valso jėgų, kurios veikia 0,3 nanometro atstumu, grafeno sluoksnis "prilimpa" prie boro nitrido, sukurdamas nepageidaujamą mechaninį kontaktą per visą 500 mikrometrų plotą. Šis kontaktas eliminuoja fononų laisvąjį kelią, todėl šiluma nebėra išsklaidoma į substratą, o koncentruojasi 2 mikronų skersmens epicentruose. Karštis tampa spąstais.

Kvantinio tuneliavimo tikimybė per 2 nanometrų boro nitrido barjerą šokteli 40 procentų, kai temperatūra pakyla dėl fononų kaupimosi, priversdama elektronus nutekėti į nepageidaujamas sritis. Šis nuotėkis sukuria 5 miliamperų foninį triukšmą, kuris visiškai užgožia naudingąjį signalą 0,5 voltai įtampoje. Sistema nustoja veikti.

Šiluminės plėtros koeficientų nesutapimas, siekiantis 5 ppm per kelviną, sukuria nuolatinį mechaninį šlyties įtempimą, kuris per 10 tūkstančių ciklų deformuoja kristalinę struktūrą. Kiekvienas šlyties įtempimo ciklas prideda 0,02 procento defektų į grafeno gardelę, galiausiai paverčiant puslaidininkį izoliatoriumi. Tikslumas virsta destrukcija.

Modeliavimo algoritmai, naudojantys tankio funkcionalo teoriją, rodo 15 procentų paklaidą, nes jie nesugeba įvertinti fononų sklaidos netiesiniame režime prie 800 kelvinų ribos. Būtinas 10 femtosekundžių žingsnis yra nepasiekiamas dabartinei skaičiavimo galiai, todėl inžinieriai operuoja aklai. Matematika tampa bevertė.

Kritinis paradoksas išlieka: kuo labiau tobuliname 2D medžiagų sąsajos švarą, tuo stipriau pasireiškia fononų užrakinimo efektas, nes mažiau defektų reiškia mažiau kanalų energijai pabėgti iš Moire gardelės. Tobulybė sukuria didžiausią pasipriešinimą.