Новости науки 29.11.01. Измерена теплопроводность отдельной нанотрубки.

В последние годы активно идет исследование углеродных нанотрубок как перспективного материала для электроники. Одной из важных характеристик материалов электронных устройств является их теплопроводность. Исследователям из Калифорнии впервые удалось измерить температурную зависимость коэффициента теплопроводности отдельной нанотрубки. При комнатной температуре теплопроводность нанотрубки - более 3000 Вт/(м K) - более чем на порядок превышает теплопроводность основного материала электроники, кремния.

Во многих группах уже созданы экспериментальные образцы полевых транзисторов на основе нанотрубок, а в августе фирма IBM объявила о создании простейшей электронной схемы, состоящей из двух нанотрубных транзисторов. Расчеты показывают, что можно реализовать полевые нанотрубные транзисторы с длиной канала порядка 5 нм. В связи с тем, что при работе компактных электронных устройств выделяется большое количество тепла, одной из важнейших характеристик используемого материала является теплопроводность. Теоретические расчеты показывают, что теплопроводность углеродных нанотрубок при комнатной температуре должна лежать в диапазоне 3000 - 6000 Вт/(м К). До недавнего времени проводились исследования образцов, содержащих макроскопическое количество нанотрубок, что связано со сложностью проведения тепловых измерений на отдельной нанотрубке. Измерения давали на один - два порядка более низкие величины коэффициента теплопроводности, чем предсказывает теория.

Рис.1. На верхней вставке показана фотография структуры с двумя островками и отдельной многостенной нанотрубкой. На нижней вставке приведена температурная зависимость коэффициента теплопроводности для отдельной нанотрубки (сплошной линией) и, для сравнений, пучков нанотрубок различной толщины.

Исследователям из Калифорнии удалось измерить теплопроводность отдельной многостенной нанотрубки с диаметром 14 нм и длиной несколько микрон. Нанотрубка образовала "мост" длиной 2.5 мкм, связывавший два островка - две тонкие (0.5 мкм) мембраны из нитрида кремния размером 10 мкм x 10 мкм, на каждый из которых была нанесена тонкая платиновая "змейка" (см. рис.1). Подавая напряжение на одно из платиновых сопротивлений, ученые регистрировали вызванное потоком тепла через нанотрубку изменение сопротивления на другом островке и, в рамках простой модели, могли оценить коэффициент теплопроводности. В отличие от своего "родственника" алмаза и основного материала электроники кремния, теплопроводность которых имеет максимум при низких температурах (менее 100 К), наивысшие значения коэффициента теплопроводности углеродной нанотрубки - более 3000 Вт/(м K) - приходятся на область температур вблизи комнатной.

1. P.Kim, L.Shi, A.Majumdar, and P.L.McEuen. Phys.Rev.Lett. v.87, 215502 (2001).

перейти к началу страницы