Учёные выяснили что тепло может хранить память о прошлом
Учёные разработали новую теоретическую модель, которая показывает, что тепло на микроскопическом уровне может сохранять информацию о предыдущих температурных изменениях. Это открытие помогает объяснить необычное поведение теплопередачи внутри современных компьютерных чипов и наноматериалов.
Обычно распространение тепла описывается законом Фурье, согласно которому тепловой поток зависит только от текущей температуры в конкретной точке. Однако на очень малых масштабах и при сверхкоротких временных интервалах этого описания становится недостаточно. Тепло может учитывать влияние температурных изменений, произошедших ранее или в другой части материала.
Новая теория объединяет несколько режимов теплопереноса — обычную диффузию, нелокальный перенос энергии, квазибаллистическое движение и волновые тепловые процессы — в одной математической модели. В её основе лежит пространственно-временное ядро, которое показывает, как долго и насколько далеко сохраняется влияние прошлого температурного воздействия.
Учёные проверили модель на кристаллическом кремнии при комнатной температуре. Расчёты показали, что главным отклонением от классического закона Фурье стала пространственная нелокальность — способность теплового потока учитывать перенос энергии фононами на значительные расстояния внутри материала.
Результаты могут быть важны для будущей электроники, где размеры микрочипов становятся всё меньше, а обычные методы расчёта охлаждения могут терять точность. Новая модель поможет лучше проектировать материалы и устройства, в которых тепловые процессы происходят на уровне движения отдельных носителей энергии.
В дальнейшем исследователи планируют применять теорию к сложным материалам, композитам и границам между разными веществами, а также создавать методы для её использования при проектировании реальных электронных систем.
Исследование в журнале Physical Review B.