La haute pression représente des environnements extrêmes et offre des possibilités de découverte de matériaux. Le transport thermique sous haute pression hydrostatique a été étudié pendant plus de 100 ans, et toutes les mesures de cristaux jusqu’à présent ont indiqué une conductivité thermique du réseau en augmentation monotone.
Un nouveau principe de physique guidant la façon dont les transferts de chaleur à travers les matériaux ont été découverts par des chercheurs de l’UCLA et leurs pairs. Cette découverte défie la croyance selon laquelle la chaleur va toujours plus vite lorsque la pression augmente.
L’arséniure de bore est un matériau prometteur pour la gestion de la chaleur et l’électronique de pointe. Les scientifiques de cette étude ont découvert que le matériau avait également une propriété unique. Après avoir atteint une pression extrêmement élevée qui est des centaines de fois supérieure à la pression trouvée au Le fond des océansarséniure de bore conductivité thermique commence à diminuer.
Les résultats impliquent que des phénomènes similaires peuvent se produire dans d’autres matériaux dans des circonstances difficiles. Le développement peut également créer des matériaux innovants pour les systèmes énergétiques intelligents avec des «fenêtres de pression» intégrées, permettant au système de ne s’allumer que dans une plage de pression spécifique avant de s’éteindre automatiquement lorsque la pression atteint un point maximum.
Le chef de l’étude, Yongjie Hu, professeur agrégé d’ingénierie mécanique et aérospatiale à l’UCLA Samueli School of Engineering, a déclaré : « Cette découverte de recherche fondamentale montre que la règle générale de la dépendance à la pression commence à échouer dans des conditions extrêmes. Nous nous attendons à ce que cette étude fournisse non seulement une référence pour éventuellement réviser la compréhension actuelle de mouvement de chaleur mais pourrait également avoir un impact sur les prévisions de modélisation établies pour les conditions extrêmes, telles que celles trouvées dans le L’intérieur de la Terreoù les mesures directes ne sont pas possibles.
“La percée de la recherche peut également conduire à un réoutillage des techniques standard utilisées dans les études sur les ondes de choc.”
Les vibrations atomiques sont le principal moyen par lequel la chaleur se déplace à travers la plupart des matériaux. La chaleur peut traverser un matériau plus rapidement, atome par atome, car la pression rapproche les atomes à l’intérieur. Ce processus se poursuit jusqu’à ce que la structure du matériau se désintègre ou passe à une phase différente.
Cependant, cela ne s’applique pas à l’arséniure de bore. Selon les scientifiques, la chaleur a commencé à se déplacer plus lentement sous une pression extrême, suggérant une interférence possible causée par différentes façons dont la chaleur vibre à travers la structure à mesure que la pression monte, semblable à des ondes qui se chevauchent et s’annulent. De telles interférences impliquent des interactions d’ordre supérieur qui ne peuvent être expliquées par la physique des manuels.
Le co-auteur Abby Kavner, professeur de sciences de la Terre, des planètes et de l’espace à l’UCLA, a dit, “Si applicable aux intérieurs planétaires, cela peut suggérer un mécanisme pour une” fenêtre thermique “interne – une couche interne à l’intérieur de la planète où les mécanismes de flux de chaleur sont différents de ceux en dessous et au-dessus. Une couche comme celle-ci peut générer un comportement dynamique intéressant à l’intérieur des grandes planètes.
Les scientifiques ont pressé un cristal d’arséniure de bore entre deux diamants dans une chambre contrôlée pour fournir la condition de pression extraordinairement élevée nécessaire à leurs expériences de transfert de chaleur. Ils ont ensuite utilisé des méthodes d’imagerie avancées, telles que l’optique ultrarapide et les mesures de diffusion inélastique des rayons X, ainsi que la théorie quantique pour voir et confirmer le phénomène jusqu’alors inconnu.
Référence de la revue :
- Li, S., Qin, Z., Wu, H. et al. Transport thermique anormal sous haute pression dans l’arséniure de bore. La nature (2022). EST CE QUE JE: 10.1038/s41586-022-05381-x
