在每個(gè)微芯片中都有數(shù)百億個(gè)硅晶體管，它們引導(dǎo)電子進(jìn)出存儲單元，將數(shù)據(jù)位編碼為 1 和 0，即計(jì)算機(jī)的二進(jìn)制語言。電流在硅晶體管之間流動(dòng)會產(chǎn)生熱量。盡管硅是一種良好的電導(dǎo)體，但當(dāng)它被縮小到非常小的尺寸時(shí)，它就不是一種良好的熱導(dǎo)體——當(dāng)涉及到快速計(jì)算時(shí)，這對微型微芯片來說是一個(gè)大問題。 

　　在其自然形式中，硅由三種不同的同位素組成——一種化學(xué)元素的形式，其原子核中的質(zhì)子數(shù)量相同，但中子數(shù)量不同。大約 92% 的硅由同位素硅 28 組成，它有 14 個(gè)質(zhì)子和 14 個(gè)中子；大約 5% 是硅 29，重量為 14 個(gè)質(zhì)子和 15 個(gè)中子；只有 3% 是硅 30，它是一種相對重量級的物質(zhì)，有 14 個(gè)質(zhì)子和 16 個(gè)中子。攜帶熱量的原子振動(dòng)波聲子（phonons）穿過硅的晶體結(jié)構(gòu)時(shí)，撞到硅 29 或硅 30 時(shí)方向會發(fā)生變化，不同原子質(zhì)量會“混淆”聲子，從而減慢它們的速度。 

　　幾十年來，研究人員推測，由純硅 28 制成的芯片將克服硅的熱導(dǎo)率限制，從而提高更小、更密集的微電子器件的處理速度。 

　　但是，將硅提純成單一同位素需要高強(qiáng)度的能量，很少有設(shè)施可以提供，更別說制造出市場可用的單一同位素。 

　　基于硅28同位素材料，研究團(tuán)隊(duì)測試了1 毫米大小的硅 28 晶體與天然硅的熱導(dǎo)率，再次證實(shí)了大塊硅 28 導(dǎo)熱比天然硅好 10%。然后研究團(tuán)隊(duì)現(xiàn)使用化學(xué)蝕刻技術(shù)制造出直徑僅 90 納米的天然硅和硅 28 納米線，將每根納米線懸掛在兩個(gè)配備鉑電極和溫度計(jì)的微型加熱器墊之間，向電極施加電流以在一個(gè)墊上產(chǎn)生熱量然后通過納米線流向另一個(gè)墊。測量結(jié)果表明，Si-28 納米線的導(dǎo)熱性能比具有相同直徑和表面粗糙度的天然硅納米線好150% 。 

　　馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校的納米線導(dǎo)熱性專家的計(jì)算模擬實(shí)驗(yàn)表明，同位素“缺陷”——硅 29 和硅 30——的缺失阻止了聲子逃逸到表面，二氧化硅層會大大減慢聲子的速度。這反過來又使聲子在硅 28 納米線的“核心”內(nèi)沿著熱流方向保持在軌道上——因此更少“混淆”。研究發(fā)現(xiàn)兩種獨(dú)立的聲子阻擋機(jī)制——表面與同位素，原來是協(xié)同工作的。 

　　下一步研究計(jì)劃是將如何控制、而不僅僅是測量這些材料中的熱傳導(dǎo)。 

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　　https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.128.085901 

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