Carnegie Instituudi teadlased avastasid uudse kristallilise soojuspumba. Mudel võimaldab soojust pumbata ka nano-suurusjärgu objektidelt. Seetõttu oleks võimalik soojuspumpa kasutada uuemates arvutikiipides, mille puudulikud jahutussüsteemid on protsessorite võimuse arengutee üheks põhiliseks tõkkeks. Teadustöö avaldati mainekas ajakirjas Physical Review Letters.
Pildil on näha välises elektriväljas paikneva liitiumniobaadi molekulaardünaamika simulatsiooni. Elektriväli põhjustab dipoolide võnkumist. Punane värv tähistab nioobiumi ja roheline hapnikku. Liitiumil on erinevatel ajaetappidel erinev värv. Nioobiumi ja hapnikku on selguse mõttes kujutatud fikseeritud ajahetkel. Pildil avaldatu on kogusimulatsioonist vaid väike osa.
Teadustöö viidi läbi Carnegie Geofüüsika Laboratooriumi teaduri Ronald Coheni ja Chichago Ülikooli tudengi Maimon Rose’i poolt. Töörühm sooritas artiklis publitseeritud simulatsioonid ferroelektriliste kristallide mudelitel. Ferroelektriku tähelepanuväärseim omadus on elektrilise dipoolstruktuuri olemasolu ilma seda indutseeriva välise elektriväljata. Teadlased avastasid, et välise elektrivälja sisse lülitamine põhjustab aga materjalis suure temperatuurimuutuse, mida nimetatakse elektrokaloriliseks efektiks. Täheldatud temperatuuri muut on kaugelt kõrgem nn. paraelektrilise oleku üleminekutemperatuurist ehk Curie temperatuurist (paralectric state).
„Elektrokalorilist efekti eviv materjal töötab efektiivselt soojuspumbana, sest välise elektrivälja abil on võimalik selle termilisi omadusi muuta. Efekti on teatud juba 1930-ndatest, ent seda ei ole seni rakenduslikult kasutatud. Minevikus kasutatud materjalidel olid selleks liiga kõrged siirdetemperatuurid. Leidsime, et efekt on mõjusam, kui ümbritsev temperatuur on siirdetemperatuurist kõrgem. Seega on soojuspumba valmistamiseks eelistatud madala siirdetemperatuuriga materjalid,“ seletas Cohen.
Elektriväljata ning siirdetemperatuuridest soojemas keskkonnas ferreolektriku spontaanne polarisatsioon kaob ja materjal muutub paraelektrikuks.
Rose ja Cohen kasutasid töös aatomi suurusjärgu molekulaardünaamika simulatsioone, milles jälgisid aatomite käitumist ferroelektrilises liitium-niobaadis funktsioonina temperatuurist ja välisest elektriväljast. Maimon Rose alustas tööd Coheni laboris keskkooli ajal suvepraktikandina. Nüüd õpib ta Chicago Ülikoolis teist aastat bioloogiat. Rose töötas projekti kallal koolivaehaegadel internina ja sai seejuures erinevatelt tudengiprogrammidelt toetust. “Liitium-niobaati ei ole varem sel viisil uuritud. Olime avastatud suurest temperatuurimuutusest üllatunud,“ kommenteeris Rose avastust.
Allikas: Phys.org
Leave a Reply