科学家首次对划分的观察

FRESNOITE晶体中的晶格激发的中子散射研究揭示了热传导的方法。橡树岭国家实验室，美国能源部;图形艺术家Jill Hemman

能源部橡树岭国家实验室的研究人员首次观察了一种原子重排波，称为降量，通过振动的晶格来传播，这些发现可以显着改善绝缘体中的热传输，并实现热管理的新策略未来的电子设备。

“发现为您提供了一种不同的方式来控制热量，”本文在自然通信发表的论文中迈克尔曼利表示。“它通过材料提供了一种捷径 - 以高于音源的速度将纯原子运动的能量发送纯原子运动的能量[原子振动]。此捷径可打开纳米级材料的热管理的可能性。想象一下，例如热断路器的可能性。“

科学家们使用中子散射分别测量比纵向和横向声波的自然“速度限制”的速度快约2.8倍的速度约为2.8倍和约4.3倍。“没有[褪色]，我们没有指望他们会快速进入，”Manley说。

绝缘体在电子设备中是必要的，以防止短路;但是没有自由电子，热传输限于原子运动的能量。因此，了解绝缘体中的原子动动热量的热量是重要的。

研究人员在Fresnoite散落中子，这是一个晶体矿物所以所以，因为它是在加利福尼亚弗雷斯诺的第一个发现。它是通过其压电性能的传感器应用，这使得它可以将机械应力转换为电场。

Fresnoite具有灵活的框架结构，该结构在与底层晶体顺序不匹配的结构中开发竞争顺序，如不匹配的瓷砖的叠加。相位是与晶体中的原子重排相关联的激励，其改变描述结构中不匹配的波的相位。

相差在皱纹孤子颗粒的晶格中积累。孤独的波是孤独的波，繁殖的能量损失并保持其形状。它们还可以以一种方式扭曲当地环境，使他们能够比声音更快地行驶。

“孤子是在晶体中的一个非常变形的区域，其中原子的位移大并且力 - 位移关系不再线性，”Manley说。“材料刚度在孤子内局部增强，导致能量转移更快。”

加利福尼亚州欧文梅杰特传感系统的拉菲Sahul，弗雷德诺的单一水晶，并将其发送给Ornl，用于曼利设想的中子散射实验，以表征能量如何穿过晶体。“中子是学习这一点的最佳方法，因为他们的波长和能量与原子振动匹配，”马利说。

Manley使用Paul Stonaha，Doug Abernathy和John Budai使用飞行中子源的时间散射进行了测量，并使用Tropaha，Songxue Chi和Raphael Hermann在高助焊剂同位素反应器处使用三轴中子散射。

在SNS时，科学家们从不同能量的脉冲源开始，使用弧形仪器，并在狭窄的能量范围内选择中子，然后从样品上散射它们，使得探测器可以在宽范围内映射能量和动量转移。

“大型测量区域对这项研究很重要，因为这些功能并不是你通常希望他们成为的地方，”Abershathy说。“这使中子测量是确定传播相位的速度的很大机会，从它们的分散曲线的斜率计算。”

分散是波长与表征传播波的能量之间的关系。

“一旦SNS测量告诉我们在哪里看，我们在HFIR下使用了三轴光谱法，其提供了一个恒定的中子通量，专注于一个点，”Manley说。“关于橡树岭国家实验室的独特的事情是，我们拥有世界级的椎间源型来源和最年轻地区的世界一流的反应堆来源。我们可以在设施之间来回来，真正得到了全面的事情。“

接下来，研究人员将探索其他晶体，如Fresnoite，可以旋转相位。用电场施加的应变可以能够改变旋转。温度的变化也可能变化。

出版物：M. E. Manley等，“通过弗雷斯登石的竞争中的晶格能量的超音速传播”，“自然通信，第9卷，物品编号：1823（2018）DOI：10.1038 / S41467-018-04229-1