Courtesy of InterestingEngineering

Mengungkap Rahasia Aliran Panas di Skala Atom untuk Perangkat Lebih Efisien

Menemukan dan mengembangkan metode baru untuk mengamati dan mengukur aliran panas pada skala atom di antarmuka material guna meningkatkan manajemen panas dalam perangkat elektronik.

21 Jun 2025, 15.43 WIB

64 dibaca

Ikhtisar 15 Detik

Penelitian ini berhasil mengukur aliran panas di antarmuka material pada skala atom.
Resistensi termal antarmuka dapat jauh lebih besar daripada resistensi dalam material itu sendiri.
Temuan ini dapat membantu dalam merancang perangkat elektronik yang lebih efisien dan mengelola panas dalam perangkat kuantum dan sensor nanoscale.

Beijing, China - Para ilmuwan telah lama mengetahui bahwa getaran atom, atau phonon, membawa panas melalui material padat. Namun, ketika dua material berbeda bertemu, aliran panas tidak mengalir dengan mulus karena hambatan di batas antarmuka. Hambatan ini sulit diukur karena perbedaan suhu sangat kecil dan terjadi di skala nanometer, jauh di luar jangkauan teknik tradisional.

Penelitian terbaru dari tim di Peking University menggunakan teknik mikroskopi elektron yang dimodifikasi agar bisa mengukur kehilangan energi elektron yang berinteraksi dengan getaran atom. Ini memungkinkan mereka untuk mengamati bagaimana panas berpindah antarmuka dengan resolusi atomik, sesuatu yang sebelumnya dianggap hampir mustahil.

Dalam eksperimennya, mereka menciptakan aliran panas terkontrol antara Aluminium Nitride dan Silicon Carbide, menggunakan gradien suhu 180 kelvin per mikrometer. Hasilnya menunjukkan lonjakan suhu tajam sebesar 10-20 kelvin hanya dalam jarak 2 nanometer pada antarmuka, jauh lebih besar dibanding perpindahan suhu di material murni.

Penelitian ini mengungkap bahwa phonon di wilayah dekat antarmuka tidak seimbang dan tidak mengikuti aturan distribusi energi normal. Selain itu, panas tidak hanya melambat tetapi tersebar dan berubah bentuk, menegaskan pentingnya memahami sifat termal antarmuka untuk teknologi yang semakin kecil.

Temuan ini membuka peluang bagi perancangan perangkat elektronik yang lebih efisien dengan manajemen panas yang lebih baik, serta memberikan wawasan penting untuk pengembangan teknologi kuantum, baterai, dan sensor nanoskopik di masa depan.

Referensi:
[1] https://interestingengineering.com/science/measuring-atomic-heat-flow

Analisis Kami

"null"

Analisis Ahli

Prediksi Kami

Pertanyaan Terkait

Apa yang dimaksud dengan resistensi termal antarmuka?

Resistensi termal antarmuka adalah hambatan yang mengganggu aliran panas antara dua material yang berbeda, yang dapat membatasi kinerja perangkat elektronik.

Bagaimana tim peneliti dari Peking University mengukur aliran panas?

Tim peneliti menggunakan teknik mikroskopi elektron untuk mengukur seberapa cepat elektron kehilangan energi saat berinteraksi dengan atom yang bergetar, sehingga dapat mengamati perilaku panas di antarmuka.

Apa temuan utama terkait suhu di antarmuka antara aluminium nitride dan silicon carbide?

Temuan utama adalah lonjakan suhu 10–20 K di antarmuka yang terjadi dalam jarak hanya dua nanometer, menunjukkan bahwa resistensi termal di antarmuka jauh lebih besar dibandingkan dengan material secara keseluruhan.

Mengapa metode baru ini penting untuk pengembangan perangkat elektronik?

Metode baru ini memberikan alat yang lebih baik bagi insinyur dan fisikawan untuk merancang antarmuka yang lebih efisien dalam perangkat elektronik, membantu mencegah overheating dan meningkatkan kinerja.

Apa rencana peneliti untuk studi di masa depan?

Peneliti berencana untuk memperluas pendekatan ini untuk menyelidiki lebih banyak material dan bagaimana cacat atau perubahan struktur atom dapat mempengaruhi aliran panas.