摘要：  一款新型的纳米“体温计”日前诞生于美国密歇根大学，由各国的技术人员共同开发。这款“体温计”以原子尺度测量热散逸，首次建立了解释纳米级系统的热散逸现象。

关键字：  晶体管，纳米设备，原子设备

一款新型的纳米“体温计”日前诞生于美国密歇根大学，由各国的技术人员共同开发。这款“体温计”以原子尺度测量热散逸，首次建立了解释纳米级系统的热散逸现象。

新纳米体温计以原子尺度测量热散逸

电流通过导电材料时会产生热，理解电子系统中热是从哪里产生的，有助于工程师设计性能可靠而高效的计算机、手机和医疗设备等。在较大线路中，人们很容易理解热是怎样产生的，但对纳米尺度的终端，经典物理学却无法描述热和电之间的关系。这些设备可能只有几个纳米大小，或由几个原子构成。

原子与单分子接点代表了电路微型化的最终极限，也是测试量子传输理论的理想平台。要描述新功能纳米设备的电荷与能量传输，离不开量子传输理论。在今后的20年，计算机科学与工程人员预期可能会在“原子”尺度开展工作。但由于实验条件限制，人们对原子设备的热散逸与传播还了解甚少，也为开发新型纳米设备带来了很大障碍。

该研究领导者、密歇根大学机械工程和材料科学与工程副教授普拉姆德·雷迪说：“目前晶体管已经达到极小量度，在20或30纳米级别。如果该行业继续按照摩尔定律的速度发展下去，线路中晶体管体积缩小的速度是其密度的两倍，如此离原子级别已经不远。然后，最重要的事情就是要理解热量散播和设备电子结构之间的关系，如果缺乏这方面的知识，就无法真正掌控原子级设备，我们的研究首次揭示了这一领域。”

雷迪实验室博士生李宇哲等人开发出一种技术，特制了一个稳定的原子设备和一种纳米大小的温度计，将二者结合做成一种圆锥形工具。在分子样本线路中，圆锥形工具和一片黄金薄片之间能捕获一个分子或原子，以研究其热散逸。他们通过实验显示了一个原子级系统的变热过程，以及这一过程与宏观尺度变热过程的不同，并且设计了一个框架来解释这一过程。

雷迪解释说，在可接触的宏观世界里，当电流通过导线时，整个导线都会发热，与其相连的所有电极也是如此。相比之下，当“导线”是纳米大小的分子，而且只和两个电极接合时，温度升高主要发生在二者之一中。“在原子级设备中，所有热量集中在一个地方，很少会到其他地方。”

雷迪说，他们的研究还进一步证实了热散逸理论的有效性，并深入理解了热散逸和原子尺度的热电现象之间的关系。