L'un des plus gros problèmes dans la conception de composants électroniques est de se débarrasser de l'excès de chaleur. Maintenant, Les chercheurs d'A*STAR ont trouvé un moyen simple de faire varier le flux de chaleur dans le graphène, une percée qui améliorera les tentatives d'utiliser à bon escient la chaleur superflue dans l'électronique.

Graphène, un matériau bidimensionnel constitué d'une feuille de carbone d'une épaisseur d'un atome, a une conductivité thermique extraordinairement élevée. Liu Xiangjun de l'A*STAR Institute of High Performance Computing et ses collègues ont développé un moyen de diminuer la conductivité thermique du graphène, permettant de détourner la chaleur excédentaire vers des composants pouvant la dissiper voire la transformer en électricité.

Les simulations de l'équipe ont montré que le serrage du graphène entre deux autres feuilles de graphène va, avec seulement une pression modérée, réduire la conductivité thermique d'un tiers. L'ajout de pinces supplémentaires et la variation de la pression permettent d'ajuster le flux de chaleur, créer un « modulateur thermique », similaire aux composants électriques tels que les résistances variables qui contrôlent le flux d'électricité.

Un autre avantage est que le serrage n'endommage pas de façon permanente le graphène. Les approches populaires pour modifier les propriétés thermiques du graphène incluent le dopage ou l'introduction de défauts dans sa structure, qui changent le matériau de façon permanente. L'approche de l'équipe A*STAR, cependant, offre un gain considérable. "Il ne modifie pas la structure cristalline et est entièrement réversible - si la pression est supprimée, le graphène revient à son état primitif, " explique Liu.

La conception de l'équipe a été développée en utilisant la dynamique moléculaire pour simuler le mouvement des phonons, l'équivalent thermique des photons de l'électromagnétisme. Ils ont découvert que les phonons étaient dispersés parce que la force mécanique déplaçait les niveaux d'énergie des phonons et provoquait un décalage avec les niveaux d'énergie dans le graphène non bridé.

Liu a été particulièrement surpris de constater que les limites de la zone bloquée présentaient le plus grand changement de niveau d'énergie et dominaient ainsi la diffusion, et l'effet était moins important au centre des pinces. "On ne s'attendait pas à ça, " a déclaré Liu. "Nous avons révélé quelques principes fondamentaux régissant le transport thermique."

Pour créer plus de limites, l'équipe a modifié sa simulation d'une seule zone de serrage à plusieurs zones plus petites et a constaté que la conductivité thermique avait effectivement chuté de manière spectaculaire.

Liu prévient que l'effet repose sur la nature bidimensionnelle du graphène et ne fonctionnera pas dans les matériaux en vrac. "Les gens sont de plus en plus intéressés par la construction de circuits intégrés tridimensionnels qui nécessitent des matériaux bidimensionnels. Je pense que notre approche peut faire partie de ces systèmes, " il a dit.