В настоящее время физики разрабатывают новые материалы с физическими свойствами, адаптированными для удовлетворения конкретных потребностей в энергии. Прежде чем применять эти так называемые материалы на основе конструкции, важно понять их характеристики, такие как тепловой поток. Теперь группа итальянских физиков разработала предсказательную теоретическую модель теплового потока в этих материалах, используя вычисления в атомном масштабе. Исследование, проведенное Клаудио Мелисом и его коллегами из Университета Кальяри, Италия, опубликовано в European Physical Journal B. Их выводы могут иметь значение для оптимизации теплового баланса наноэлектронных устройств, что означает, что они могут помочь рассеять общее количество тепловой энергии, генерируемой электронными токами, или при производстве энергии за счет термоэлектрических эффектов в новых наноматериалах.
Авторы полагались на крупномасштабное моделирование молекулярной динамики для исследования переноса тепла в наномасштабе и определения соответствующих физических характеристик, которые определяют теплопроводность. Традиционные атомистические методы расчета связаны с большой вычислительной нагрузкой, что иногда препятствует их применению в системах, достаточно больших для моделирования экспериментальной структурной сложности реальных образцов.Вместо этого Мелис и его коллеги приняли метод, называемый равновесной молекулярной динамикой (AEMD), который является надежным и подходящим для представления больших систем. Таким образом, он может использовать моделирование для получения достоверных прогнозов теплопереноса.
Авторы исследовали степень, в которой надежность результатов метода AEMD зависит от каких-либо проблем с реализацией.Кроме того, они применили этот метод для переноса тепла в наноструктурированном кремнии, системе, представляющей интерес в настоящее время, с высоким потенциалом воздействия на термоэлектрическую технологию, используя моделирование беспрецедентных размеров.
В конечном итоге модель может быть применена к полупроводникам, используемым в качестве высокоэффективных термоэлектриков, и к графеновым нанолентам, используемым в качестве радиаторов для так называемых сверхбольших интеграционных устройств, таких как компьютерные микропроцессоры.