Дослідники з Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі вперше зафіксували явище спрямованого руху тепла у вигляді вузьких променів за кімнатної температури. Це відкриття, опубліковане в журналі Nature Physics під керівництвом професора Йонджі Ху, може кардинально змінити підходи до керування теплом у сучасних комп’ютерах.
Тепло в твердих тілах переноситься фононами — квантовими коливаннями кристалічної ґратки, які зазвичай розсіюються хаотично в усі боки. Раніше ефект формування чітких теплових променів спостерігали лише за наднизьких температур, близьких до абсолютного нуля, що обмежувало його практичне застосування. Команда Ху продемонструвала цей ефект у арсеніді бору — кристалі з надзвичайно високою теплопровідністю — при звичайній кімнатній температурі.
Щоб зафіксувати рух тепла на наномасштабі, науковці розробили спеціальний метод зчитування температури. У звичайних матеріалах теплові візерунки виглядають як рівні кола, що свідчить про хаотичне розсіювання тепла. Натомість у арсеніді бору тепло рухалося у вигляді чітких променів, які змінювали свій напрямок залежно від орієнтації кристала, утворюючи шести-, восьми- або чотирипроменеві зірки.
Причина цього явища полягає у тому, що у більшості матеріалів фонони часто стикаються між собою, втрачаючи хвильову природу і розсіюючи тепло. В арсеніді бору ж вони рухаються вільніше, проходячи значні відстані без зіткнень, що зберігає їхню впорядкованість навіть за кімнатної температури.
Професор Йонджі Ху підкреслює: "Це фундаментальне спостереження дає змогу мислити про керування теплом по-новому". За його словами, здатність спрямовувати, фокусувати й перерозподіляти тепло з такою точністю відкриває перспективи для розвитку квантової теплової інженерії та майбутніх квантових технологій, де важливу роль відіграють взаємодії між теплом, електронами та іншими носіями енергії.