सार:
कार्नेगी मेलॉन यूनिवर्सिटी, स्टैनफोर्ड यूनिवर्सिटी और पर्ड्यू यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं ने नैनोस्केल पर गर्मी हस्तांतरण को विनियमित करने की एक विधि का प्रदर्शन किया है: पतली फिल्मों पर सूक्ष्म सोने की संरचनाएं बनाना ताकि दो सतहें एक बहुत ही संकीर्ण अंतराल में एक-दूसरे का सामना कर सकें, जिससे विद्युत चुम्बकीय विकिरण के रूप में अंतराल में गर्मी हस्तांतरण की दक्षता में काफी वृद्धि हो सके।
प्रयोग में, संरचनात्मक रूप से डिज़ाइन किए गए मेटामटेरियल डिवाइस की गर्मी हस्तांतरण क्षमता नियंत्रण डिवाइस की तुलना में लगभग चार गुना तक थी जो समान पैटर्न संरचना का उपयोग नहीं करती थी। नेचर में प्रकाशित शोध, निकट-क्षेत्र विकिरण गर्मी हस्तांतरण को विनियमित करने के लिए कृत्रिम संरचनाओं के उपयोग के लिए प्रयोगात्मक सत्यापन प्रदान करता है।
रोज़मर्रा के पैमाने पर, वस्तुएं मुख्य रूप से थर्मल चालन, संवहन और साधारण थर्मल विकिरण के माध्यम से गर्मी का आदान-प्रदान करती हैं; लेकिन जब दो सतहें सैकड़ों नैनोमीटर के करीब होती हैं, तो निकट-क्षेत्र प्रभाव महत्वपूर्ण हो जाते हैं। इस समय, सतह के निकट विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र अंतराल युग्मन के माध्यम से ऊर्जा को दूसरी तरफ स्थानांतरित कर सकता है, जिससे थर्मल विकिरण गर्मी हस्तांतरण दूर-क्षेत्र ब्लैकबॉडी विकिरण की सीमा से अधिक हो जाता है। टीम ने लगभग 250, 450 और 730 नैनोमीटर की सतह के अंतर का परीक्षण किया, सिलिकॉन नाइट्राइड फिल्मों पर गोल्ड स्प्लिट-रिंग रेज़ोनेटर सहित संरचनाओं का निर्माण किया, और नैनोगैप्स के माध्यम से गर्मी हस्तांतरण में परिवर्तन को मापा।
दोनों संरचनाओं से तालमेल बढ़ाएं। गोल्ड स्प्लिट रिंग रेज़ोनेटर द्वारा उत्पन्न अनुनाद मोड सिलिकॉन नाइट्राइड सतह पर फोनन पोलारिटोन से मजबूती से जुड़ा होता है; फोनन पोलारिटॉन विद्युत चुम्बकीय तरंगों और सामग्री जाली कंपन के युग्मन से बनने वाली सतह तरंगें हैं। वे निकट क्षेत्र में अंतरालों में ऊर्जा स्थानांतरित कर सकते हैं। शोध दल ने विद्युत चुम्बकीय सिमुलेशन और युग्मित मोड सैद्धांतिक विश्लेषण के माध्यम से इस स्पष्टीकरण का समर्थन किया। दूसरे शब्दों में, अनुसंधान केवल ताप संचालन चैनल को बढ़ाने के लिए नहीं है, बल्कि सामग्री की सतह संरचना को सावधानीपूर्वक डिजाइन करके दोनों अनुनादों को एक-दूसरे को बढ़ाने के लिए है।
शोधकर्ताओं का मानना है कि यह विधि भविष्य में चिप्स और उच्च-प्रदर्शन कंप्यूटिंग सिस्टम के लिए नए कूलिंग विचार प्रदान कर सकती है। यह बिजली उत्पन्न करने के लिए थर्मल विकिरण का उपयोग करके थर्मोफोटोवोल्टिक प्रणालियों की दक्षता में भी सुधार कर सकता है, और इन्फ्रारेड सेंसर की सिग्नल नियंत्रण क्षमताओं को बढ़ाने में मदद कर सकता है। हालाँकि, वर्तमान परिणाम नैनोस्केल, सटीक रूप से संरेखित और नियंत्रित प्रयोगशाला स्थितियों के तहत प्राप्त किए गए थे, और कोई भी कूलर, बिजली उत्पादन उपकरण या सेंसिंग उत्पाद जो सीधे वाणिज्यिक चिप्स में उपयोग किए जा सकते हैं, अभी तक प्रदर्शित नहीं किए गए हैं। शोध टीम ने कहा कि भविष्य में, इस संरचना को वास्तविक उपकरणों में कैसे एकीकृत किया जाए, बेहद छोटी दूरी बनाए रखी जाए और बड़े क्षेत्र में विनिर्माण कैसे किया जाए जैसे इंजीनियरिंग मुद्दों को अभी भी हल करने की आवश्यकता है।
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