Сотрудник Курчатовского института Александр Инюшкин и его коллеги изучили теплопроводность в кремнии.

В ходе исследования российские ученые при различных температурах измерили способность проводить тепло в образцах кремния трех сортов: сверхчистом кристалле из изотопа Si28, обогащенном и обычном.

Уточняется, что теплопроводность кремния измерялась при температурах от 2,4 до 420 кельвинов.

В ходе эксперимента удалось установить, что для сверхчистого кремния измеренная величина при 24 кельвинах составила около 45 тысяч Вт/(м·K), что в 10 раз больше, чем для обычного кремния при соблюдении тех же условий.

При комнатной температуре изотопическая однородность дала прирост всего в 8 процентов.

Данные для обычного кремния несколько отличаются от указанных в справочниках по свойствам материалов. Этот факт может вызвать интерес у теоретиков, занимающихся моделями рассеяния фононов. В целом, благодаря доступности и относительной легкости синтеза кристаллов, кремний остается одним из важнейших веществ в материаловедении, представляя собой подходящую модель для исследования процессов, определяющих теплопроводность.

При этом есть мнение, что сверхчистые алмазы теоретически могут показывать значения, превышающие 45 тысяч Вт/(м·K), но пока что теплопроводность выше 41 тысячи Вт/(м·K) никому получать не удавалось.

Тепловая энергия распространяется в полупроводниковых и изолирующих кристаллах с помощью квантов вибраций решетки. Если массы атомов в узлах решетки различаются, то фононный транспорт становится менее эффективным, поэтому наивысшие значения теплопроводности зафиксированы у изотопно-чистых образцов, таких как алмаз, состоящий на 99,9 процентов из углерода-12.