IBM Wetenschappers Meten Thermische Geleiding van Enkel-Atoom Goud Contacten bij Kamertemperatuur

Vandaag gepubliceerd, hebben IBM onderzoekers in Zürich, voor de eerste keer, de thermische geleiding van metallische kwantum puntcontacten van goud gekwantificeerd tot op een enkel atoom bij kamertemperatuur.

Naarmate apparaten krimpen naar de nanoscale, wordt warmtedissipatie een kritieke betrouwbaarheidsfactor. Vorig jaar pionieerden IBM wetenschappers in Zürich en ETH Zürich studenten een scanning probe thermometrie techniek (video) die temperaturen van structuren zo klein als 10nm kan meten. Deze doorbraak stelde ingenieurs in staat warmteverlies over een chip te mappen - en cruciaal, tot op individuele apparaten - wat ongekend inzicht in temperatuurdistributies bood.

Schematische voorstelling van de meettechniek. Credit: Nature Nanotechnology

Naarmate elektronische componenten de 10nm drempel benaderen en uiteindelijk daaronder vallen, zal het bepalen van de kleinste thermisch detecteerbare structuur essentieel zijn. Om dit aan te pakken, rapporteert hetzelfde team een nieuwe doorbraak in Nature Nanotechnology.

Zoals beschreven in het paper:

Het systeem combineert gelijktijdige metingen van warmte- en ladingstransport om de thermische en elektrische geleiding van metallische contacten te extraheren. Zoals andere STM break-junction setups, vormt en breekt een STM tip few-atoom contacten op een substraat bedekt door een metallische laag. Hier is de bodemelektrode geïntegreerd op een opgetogen MEMS, thermisch geïsoleerd van het chip substraat.

IBM Onderzoeker Dr. Bernd Gotsmann in de IBM Noise Free Lab waar dit onderzoek uitgevoerd werd. Foto credit: Carl De Torres

"De eigenschappen van warmteleiding door atoomairejuncties zijn grotendeels onontgonnen gebleven," zei Dr. Bernd Gotsmann, een lead auteur. "Onze metingen bevestigen ook de Wiedemann-Franz wet in kwantum puntcontacten, een voorspelling oorspronkelijk gedaan door voormalig IBM wetenschapper Rolf Landauer."

Naast het meten van thermische geleiding in elektronische apparaten, voorzien de auteurs bredere toepassingen. "Deze techniek zal wetenschappers in staat stellen om warmte te karakteriseren en controleren zelfs in moleculaire apparaten," legde lead auteur Nico Mosso uit. "Het opent mogelijkheden om warmte zo gemakkelijk te manipuleren als we dat met elektriciteit doen."

Heat transport through atomic contacts, Nico Mosso, Ute Drechsler, Fabian Menges, Peter Nirmalraj, Siegfried Karg, Heike Riel & Bernd Gotsmann, doi:10.1038/nnano.2016.302

Het onderzoek werd deels gefinancierd door de Europese Commissie onder het H2020 Molesco project.

Facebook Live Event: Neem deel aan Dr. Gotsmann op 10 april om 16:00 Parijs (10:00 New York) op de IBM Research Facebook pagina waar hij IBM's Noise Free Labs zal tonen, zijn octrooien en onderzoek bespreken, en uw vragen beantwoorden.

Volg @B_Gotsmann