Физики раскрыли тайну термоионного излучения в графене
Москва, 18:28, 07 Окт 2019, редакция FTimes.ru, автор Евгения Ковалева.
Ученые из Сингапурского университета технологии и дизайна открыли новую теорию, позволяющую улучшить графеновую электронику и преобразователи энергии.
При нагреве металла до сравнительно высоких температур, с его поверхности отделяются электроны, как водяной пар. Явление, названное термоионным излучением, играет важную роль в фундаментальной физике и цифровой электронике. Так, оно позволило физикам производить лучи свободно движущихся электронов в вакууме, сообщает sciencedaily.com. В 20-х гг. прошлого века они иллюстрировали корпускулярно-волновой дуализм частиц. Технологически, термоионное излучение является ядром вакуумных трубок – предшественников современных транзисторов. Явление остается одним из самых важных механизмов электропроводных механизмов.
В 1901-м британский физик создал теоретическую модель, объясняющую, как термоионное излучение возникает в материалах, вроде меди и кремния. Но природа явления в графене была мало изучена. Ученые из Сингапурского университета технологии и дизайна предложили теорию, описывающую процесс. Результаты их работы представлены в Physical Review Applied.
Тщательно изучив электронные свойства графена, исследователи создали теоретический каркас, который можно использовать для точной оценки физики термоионного излучения. Он подходит для моделирования широкого спектра графеновых устройств.
«Мы выяснили, что электропроводность и тепловая энергия явления могут отличаться более чем на 50% при использовании стандартной угловой аппроксимации Дирака», — сказал участник исследования, Юей Чен.
Параметр часто используют для описания электронных свойств графена. Но, при тепловом и оптическом возбуждении электронов до повышенных энергетических состояний, частицы перестают подчиняться угловой аппроксимации Дирака. Исследователи повысили точность модели, использовав более сложную теорию. Она полностью охватывает электронные свойства графена в высокоэнергетическом режиме, обходя низкоэнергетические ограничения аппроксимации. Модель позволяет описывать широкий спектр устройств, работающих при разных температурах.
«Обобщенная модель поможет создать системы преобразования отходящего тепла в электричество и маломощную электронику из графена. Такие устройства призваны уменьшить энергетический след следующих поколений вычислительной и коммуникационной техники», — сказал профессор Рики Л. К. Анг.
