p Pesquisadores do Laboratório Nacional de Oak Ridge do Departamento de Energia fizeram as primeiras observações de ondas de rearranjos atômicos, conhecido como phasons, propagação supersônica através de uma rede de cristal vibrante - uma descoberta que pode melhorar drasticamente o transporte de calor em isoladores e permitir novas estratégias para gerenciamento de calor em dispositivos eletrônicos futuros. p "A descoberta oferece uma maneira diferente de controlar o fluxo de calor, "disse o autor principal Michael Manley do artigo publicado em Nature Communications . "Ele fornece um atalho através do material - uma maneira de enviar a energia do movimento atômico puro a uma velocidade maior do que você consegue com fônons [vibrações atômicas]. Esse atalho pode abrir possibilidades no gerenciamento de calor de materiais em nanoescala. Imagine a possibilidade de um disjuntor térmico, por exemplo."

p Os cientistas usaram o espalhamento de nêutrons para medir fásons com velocidades cerca de 2,8 vezes e cerca de 4,3 vezes mais rápidas do que os "limites de velocidade" naturais das ondas acústicas longitudinais e transversais, respectivamente. "Não esperávamos que eles estivessem indo tão rápido sem [desaparecer], "Manley disse.

p Os isoladores são necessários em dispositivos eletrônicos para evitar curtos-circuitos; mas sem elétrons livres, o transporte térmico é limitado à energia do movimento atômico. Portanto, compreender o transporte de calor por movimento atômico em isoladores é importante.

p Os pesquisadores espalharam nêutrons em fresnoíta, um mineral cristalino assim chamado porque foi encontrado pela primeira vez em Fresno, Califórnia. É promissor para aplicações em sensores por meio de sua propriedade piezoelétrica, o que permite transformar o estresse mecânico em campos elétricos.

p Fresnoite tem uma estrutura de estrutura flexível que desenvolve uma ordem competitiva na estrutura que não corresponde à ordem de cristal subjacente, como uma sobreposição de blocos incompatíveis. Fases são excitações associadas a rearranjos atômicos no cristal que mudam a fase das ondas que descrevem a incompatibilidade na estrutura.

p As diferenças de fase se acumulam em uma rede de rugas - chamadas solitons. Solitons são ondas solitárias que se propagam com pouca perda de energia e mantêm sua forma. Eles também podem distorcer o ambiente local de uma forma que lhes permite viajar mais rápido do que o som.

p "O soliton é uma região muito deformada no cristal onde os deslocamentos dos átomos são grandes e a relação força-deslocamento não é mais linear, "Manley disse." A rigidez do material é localmente aumentada dentro do sótão, levando a uma transferência de energia mais rápida. "

p Raffi Sahul da Meggitt Sensing Systems de Irvine, Califórnia, cresceu um único cristal de fresnoite e enviou-o para ORNL para experimentos de espalhamento de nêutrons que Manley concebeu para caracterizar como a energia se movia através do cristal. "Os nêutrons são a melhor maneira de estudar isso porque seus comprimentos de onda e energias são, de certa forma, combinados com as vibrações atômicas, "Manley disse.

p Manley realizou medições com Paul Stonaha, Doug Abernathy e John Budai usando espalhamento de nêutrons de tempo de voo na Fonte de Nêutrons de Espalação, e com Stonaha, Songxue Chi, e Raphael Hermann usando espalhamento de nêutrons de eixo triplo no High Flux Isotope Reactor.

p No SNS, os cientistas começaram com uma fonte pulsada de nêutrons de diferentes energias e usaram o instrumento ARCS, que seleciona nêutrons em uma faixa estreita de energia e os espalha em uma amostra para que os detectores possam mapear a transferência de energia e momento em uma faixa ampla.

p "A grande área de medição foi importante para este estudo porque os recursos não estavam onde você normalmente esperaria, "disse Abernathy." Isso dá às medições de nêutrons uma grande chance de determinar as velocidades dos fásons de propagação, calculado a partir da inclinação de suas curvas de dispersão. "

p Dispersão é a relação entre o comprimento de onda e a energia que caracteriza uma onda em propagação.

p "Uma vez que as medições SNS nos disseram para onde olhar, usamos espectrometria de eixo triplo no HFIR, que forneceu um fluxo constante de nêutrons, para se concentrar naquele ponto, "Disse Manley." Uma coisa única sobre o Oak Ridge National Laboratory é que temos uma fonte de fragmentação de classe mundial e uma fonte de reator de classe mundial para pesquisa de nêutrons. Podemos ir e voltar entre as instalações e realmente ter uma visão abrangente das coisas. "

p Em seguida, os pesquisadores vão explorar outros cristais que, como fresnoite, pode girar fásons. A deformação aplicada com um campo elétrico pode ser capaz de alterar a rotação. As mudanças na temperatura também podem variar as propriedades.

p O título do artigo é "Propagação supersônica da energia da rede por fásons em fresnoíta."