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क्रिस्टल दोषों के प्रभाव मैपिंग

Anonim

नए शोध में क्रिस्टल विघटन - सामग्री में एक सामान्य प्रकार का दोष - अंतर्दृष्टि प्रदान करता है - एक माइक्रोस्कोपिक, क्वांटम यांत्रिक स्तर पर, क्रिस्टल के माध्यम से विद्युत और ताप परिवहन को प्रभावित कर सकता है।

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क्रिस्टल में विस्थापन ऐसे स्थान होते हैं जहां क्रिस्टल जाली की व्यवस्थित त्रि-आयामी संरचना - परमाणुओं की व्यवस्था बिल्कुल उसी दूरी के साथ दोहराती है - बाधित होती है। प्रभाव यह है कि एक चाकू क्रिस्टल के माध्यम से कटा हुआ था और फिर टुकड़े एक साथ वापस अटक गए थे, उनके मूल पदों से पूछते थे। इन दोषों का फोनोन पर मजबूत प्रभाव पड़ता है, जाली कंपन के तरीके जो क्रिस्टल के थर्मल और विद्युत गुणों में भूमिका निभाते हैं, जिसके माध्यम से वे यात्रा करते हैं। लेकिन विस्थापन-फोनोन इंटरैक्शन की तंत्र की एक सटीक समझ छिपी हुई और विवादास्पद रही है, जिसने सामग्री के थर्मल गुणों को तैयार करने के लिए विघटन का उपयोग करने की दिशा में प्रगति को धीमा कर दिया है।

एमआईटी में एक टीम महत्वपूर्ण बातचीत सीखने में सक्षम रही है कि उन परस्पर क्रियाएं कैसे काम करती हैं, जो थर्मोइलेक्ट्रिक उपकरणों और अन्य इलेक्ट्रॉनिक प्रणालियों को विकसित करने के भविष्य के प्रयासों को सूचित कर सकती हैं। पोस्टिंग मिंगदा ली, मैकेनिकल इंजीनियरिंग के प्रमुख प्रोफेसर गैंग चेन, देर से संस्थान के प्रोफेसर एमेरिता मिल्ड्रेड ड्रेसेलहॉस और पांच अन्य लोगों द्वारा लिखित एक पेपर में नैनो लेटर्स पत्रिका में निष्कर्ष निकाले गए हैं।

विलोपन - जो ली "नियमित क्रिस्टल में परमाणु अनियमितताओं" के रूप में वर्णित है - क्रिस्टल में बहुत आम दोष हैं, और उदाहरण के लिए, सिलिकॉन माइक्रोचिप के माध्यम से गर्मी कैसे समाप्त हो जाती है या सिलिकॉन सौर पैनल के माध्यम से प्रवाह कितनी अच्छी तरह से बहती है।

फोनोन-विस्थापन परस्पर क्रियाओं को समझाने के लिए दो प्रतिस्पर्धी दृष्टिकोण रहे हैं, ली बताते हैं, और उनके बारे में कुछ अन्य प्रश्न अनसुलझे बने रहे हैं। अब, एमआईटी टीम को ऐसे सिस्टम का विश्लेषण करने के लिए एक नया गणितीय दृष्टिकोण मिला है, जिसे उन्होंने "डिसलॉन" नामक एक नए क्वाइसार्टिकल का उपयोग करके तैयार किया है, जो एक विस्थापन का एक मात्रात्मक संस्करण है, जो इन लंबे रहस्यों को हल करने के लिए प्रतीत होता है।

ली कहते हैं, "लोगों ने यह जानने की कोशिश की है कि विस्थापन भौतिक गुणों को कैसे बदलता है - बिजली और थर्मल गुण।" "इससे पहले, वहां कई अनुभवजन्य मॉडल थे, जिन्हें पूरा करने के लिए फिटिंग पैरामीटर की आवश्यकता होती थी। विघटन में फोनन स्कैटरिंग की प्रकृति के बारे में एक लंबी बहस थी।"

ली कहते हैं, नया सिद्धांत, एक अलग प्रारंभिक बिंदु है, क्योंकि यह कठोर क्वांटम फील्ड सिद्धांत पर आधारित है। ऐसा लगता है कि गतिशील और स्थैतिक स्कैटरिंग दृष्टिकोण के रूप में जाने वाले दो विचारों के बीच बहस सहित कई मुद्दों को हल करना प्रतीत होता है, यह दर्शाता है कि वे इस नए ढांचे के भीतर केवल दो चरम मामले हैं। और जब इन दोनों दृष्टिकोण नैनोस्केल में व्यवहार की व्याख्या करने में विफल रहते हैं, तो नया दृष्टिकोण इस तरह के पैमाने पर अच्छी तरह से काम करता है।

निष्कर्ष बेहतर थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री की खोज को प्रभावित कर सकते हैं, जो गर्मी को बिजली में परिवर्तित कर सकता है। इनका उपयोग अपशिष्ट गर्मी से बिजली उत्पन्न करने, या कार सीटों के लिए हीटर प्रदान करने के लिए किया जाता है। उदाहरण के लिए, थर्मोइलेक्ट्रिक सिस्टम शीत-पेय छाती के लिए शीतलन भी प्रदान कर सकते हैं।

चेन, जो पावर इंजीनियरिंग के कार्ल रिचर्ड सोडरबर्ग प्रोफेसर हैं, ली की पहल के लिए नए निष्कर्षों को दर्शाते हैं। चेन ने कहा, "मैंने इसमें इतनी उम्मीद नहीं की थी।" "यह एक बहुत ही जटिल समस्या है: इस तरह के विचलन इन महत्वपूर्ण गुणों को कैसे प्रभावित करते हैं ... ... जब मैं इस नए सिद्धांत के साथ वापस आया तो मुझे बहुत आश्चर्य हुआ। उन्होंने बुनियादी सिद्धांतों से शुरुआत की और इसके लिए क्वांटम विवरण प्राप्त किया।"

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कहानी स्रोत:

मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी द्वारा प्रदान की जाने वाली सामग्री। डेविड एल। चांडलर द्वारा लिखित मूल। नोट: सामग्री शैली और लंबाई के लिए संपादित किया जा सकता है।


जर्नल संदर्भ :

  1. मिंगदा ली, झिवेई डिंग, क्विंगपिंग मेन्ग, जियावे झोउ, यमेई झू, हांग लियू, एमएस ड्रेसेलहॉस, गैंग चेन। डिसप्लोकेशन-फोनन इंटरैक्शन की गैर-टिकाऊ क्वांटम प्रकृतिनैनो पत्र, 2017; 17 (3): 1587 डीओआई: 10.1021 / acs.nanolett.6b04756