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IBM科学者たち、室温で単一金原子コンタクトの熱伝導率を初測定

本日公開された研究で、IBMチューリッヒ研究者たちが、金で作られた金属量子点コンタクトの熱伝導率を、単一原子レベルまで室温で初めて定量化しました。

デバイスがナノスケールに縮小するにつれ、放熱は信頼性の重要因子になります。昨年、IBMチューリッヒ科学者たちとETHチューリッヒ学生たちが走査プローブ熱測法(動画)を先駆け、10nm構造の温度測定を可能に。このブレイクスルーでエンジニアたちはチップ全体の熱損失マッピング、そして決定的に個々のデバイスレベルまで可能になり、温度分布への前例なき洞察を得ました。

電子部品が10nm閾値に接近し最終的に下回る中、熱的に検出可能な最小構造決定が不可欠になります。これに対処すべく、同チームがNature Nanotechnologyで新たなブレイクスルーを報告。

著者たちは成功を二つの鍵革新に帰属させます:真空ベースSTM内で動作する統合熱センサー搭載マイクロ電気機械システム(MEMS)、磁場、携帯電話塔、通過列車からさえ実験を遮蔽する超静穏「ノイズフリーラボ」。

論文で説明される通り:

システムは熱輸送と電荷輸送の同時測定を組み合わせ、金属コンタクトの熱伝導率と電気伝導率を抽出。他のSTMブレイクジャンクションセットアップ同様、STMチップが金属層で覆われた基板上に少数原子コンタクトを形成・切断。ここで底部電極は浮遊MEMS上に統合され、チップ基板から熱的に隔離されています。
IBM科学者たち、室温で単一金原子コンタクトの熱伝導率を初測定
本研究実施地、IBMノイズフリーラボのIBM研究者Bernd Gotsmann博士。写真クレジット:Carl De Torres

「原子接合を通る熱伝導の特性は長らく未探索領域でした」と主著者Bernd Gotsmann博士。「我々の測定は量子点コンタクトでのヴィーデマン・フランツ則も確認しました。これは元IBM科学者Rolf Landauerが予測したものです。」

電子デバイスでの熱伝導率測定を超え、著者たちはより広範な応用を予見します。「この技術で科学者たちは分子デバイスでも熱を特性評価・制御可能になります」と主著者Nico Mosso氏説明。「電気と同様に容易に熱を操作する可能性を開きます。」

原子コンタクトを通る熱輸送、Nico Mosso, Ute Drechsler, Fabian Menges, Peter Nirmalraj, Siegfried Karg, Heike Riel & Bernd Gotsmann, doi:10.1038/nnano.2016.302

研究は欧州委員会H2020 Molescoプロジェクトで部分的に資金提供されました。


Facebookライブイベント:4月10日午後4時パリ時間(ニューヨーク午前10時)IBMリサーチFacebookページでGotsmann博士参加。ノイズフリーラボ紹介、特許と研究議論、質問回答。

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