IBM 과학자들은 단일 원자를 통해 열 전달을 측정합니다.

도식 표현 측정 기술의. 제공:네이처 나노테크놀로지

오늘 발표된 IBM 과학자들은 트램폴린처럼 보이는 기술을 사용하여 상온에서 단일 원자 수준까지 금으로 만들어진 금속 양자점 접점의 열전도도를 처음으로 측정했습니다.

모든 것이 나노 규모로 확장됨에 따라 열(더 정확하게는 열 손실)이 장치 신뢰성의 문제가 됩니다. 이 문제를 해결하기 위해 작년에 취리히에 있는 IBM 과학자들과 ETH Zurich의 학생들이 10나노미터 이하에서 이러한 나노 크기 물체의 온도를 측정하는 기술을 발표하고 특허를 냈습니다. 이는 놀라운 성과입니다. 그들은 새로운 기술을 스캐닝 프로브 온도계(동영상)라고 불렀고 엔지니어에게 처음으로 칩 전체의 열 손실을 매핑하고 더 중요하게는 열 손실을 단일 기기 수준으로 매핑하고 온도를 매핑할 수 있는 기능을 제공했습니다. 배포.

논문에 사용된 실험 설정. (확대하려면 사진을 클릭하세요)

그러나 전자 장치의 크기가 계속 줄어들면서 머지 않아 10나노미터는 더 이상 "소규모"로 간주되지 않습니다. 열적으로 감지할 수 있는 가능한 가장 작은 구조를 테스트하는 것은 훨씬 더 중요해질 것입니다. 고맙게도 열 제거 문제에 대해 연구하는 과학자들을 안심시키기 위해 이 동일한 발명가들이 동료 심사를 거친 저널 Nature Nanotechnology에서 이제 바로 그 일을 할 수 있는 새로운 돌파구를 보고하고 있습니다.

저자는 두 가지 성공 요인을 꼽았습니다. 진공 기반 주사 터널링 현미경(STM) 내에서 작동하는 통합 열 센서가 있는 MEMS(마이크로 전자 기계 시스템)와 거의 모든 환경으로부터 차폐되는 극도로 분리된 연구실 Noise Free Lab입니다. 지구 자기장, 휴대전화 기지국 및 지나가는 기차의 진동을 포함한 방해 유형입니다.

보고된 대로:

이 시스템은 본질적으로 열 및 전하 이동의 동시 측정을 결합하여 금속 접점의 열 및 전기 전도도를 추출합니다. 다른 STM 파손 접합 설정과 유사하게 STM 팁은 금속 층으로 덮인 기판에서 소수 원자 접촉을 형성하고 파손하는 데 사용됩니다. 그러나 여기에서 하단 전극은 매달린 MEMS에 통합되어 칩 기판과 열적으로 절연됩니다.

IBM Noise Free에서 IBM 연구원 Bernd Gotsmann 박사 이 연구가 수행된 연구실. 사진 제공:Carl De Torres

"원자 접합을 통한 열 전도의 특성은 완전히 탐구되어야 한다고 이 논문의 주저자 중 한 명인 Dr. Bernd Gotsmann이 말했습니다. "이렇게 함으로써 우리는 또한 양자점 접촉에서 Wiedemann-Franz 법칙의 타당성을 입증했는데, 이는 원래 IBM 과학자인 Rolf Landauer가 예측한 것입니다."

전자 장치 내의 열 전도도를 측정하는 것 외에도 저자는 그들의 결과가 몇 가지 추가 응용 프로그램을 찾을 수 있다고 믿습니다.

IBM 과학자이자 수석 저자인 Nico Mosso는 다음과 같이 설명합니다. “다른 금속의 양자점 접촉 외에도 이 기술을 통해 과학자들은 분자 장치에서도 열을 특성화하고 제어할 수 있습니다. 이것은 정말 많은 기회를 열어주고 오늘날 우리가 전기를 다루는 것처럼 미래에 열을 가지고 놀 수 있기를 바랍니다.”

원자 접촉을 통한 열 전달, Nico Mosso, Ute Drechsler, Fabian Menges, Peter Nirmalraj, Siegfried Karg, Heike Riel &Bernd Gotsmann, doi:10.1038/nnano.2016.302

이 연구는 H2020 Molesco 프로젝트에 따라 유럽 위원회에서 부분적으로 자금을 지원했습니다.

Facebook 라이브 이벤트:4월 10일 오후 4시 파리(뉴욕 오전 10시)에 IBM Research Facebook 페이지에서 Dr. Gotsmann에 합류하여 IBM의 Noise Free Labs를 보여주고 그의 특허 및 연구에 대해 이야기하고 질문에 답할 것입니다.

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