غشاء مثقوب يبرّد السيليكون سريع
حشد في شارع ضيق يتحرك ببطء لأن الناس يتصادمون ببعضهم البعض. في السيليكون، تنتقل الحرارة عبر «تصادمات» مشابهة — اهتزازات ذرية تُسمى الفونونات (phonons). إذا قُطعت ثقوب صغيرة في غشاء السيليكون، ستصطدم الفونونات بها كما يصطدم المشاة بالأعمدة، وسيصبح انتقال الحرارة أضعف.
لقد فعل العلماء ذلك تمامًا: في غشاء سيليكوني بسمك 40 نانومترًا (أرق بألف مرة من شعرة الإنسان)، أحدثوا ثقوبًا بقطر 35 نانومترًا وبمسافة بينية 63 نانومترًا. الثقوب مرتبة بدقة مثل أقراص العسل، لأنها «رُسمت» بواسطة بوليمر ذاتي التنظيم — جزيئات طويلة ترتب نفسها بنفسها في نمط. ثم نُقش السيليكون وفق هذا النمط.
الحيلة الرئيسية هي عمق الثقوب. يمكن تغييره دون المساس بالقطر أو المسافة البينية. الثقوب النافذة تمامًا تعيق الحرارة بشدة، بينما الضحلة منها تعيقها بشكل أضعف. هكذا نحصل على «مفتاح تحكم في مستوى الصوت» لتدفق الحرارة: تدير العمق فتغير الموصلية الحرارية.
لقياس كمية الحرارة التي تمر عبر هذا الغشاء بدقة، كان لا بد من تحسين طريقة المسابير الثلاثة القديمة. عادةً ما تسبب التلامسات بين الغشاء والركيزة مشاكل — فهي تضيف مقاومة إضافية، مثل أبواب سيئة في طريق الحشد. الطريقة الجديدة تأخذ هذه «الأبواب» في الحسبان وتعطي قيمة صادقة.
في النهاية، حصلنا على تقنية بسيطة وقابلة للتحكم: يمكن ضبط السيليكون المثقوب لمهام مختلفة — من تبريد الرقائق الإلكترونية إلى المولدات الحرارية الكهربائية التي تحول فرق درجات الحرارة إلى كهرباء. الشارع المليء بالعقبات أصبح مفيدًا.
لا تُصنع الثقوب في السيليكون بمثقاب، بل باستخدام بوليمر يرتب نفسه بنفسه في نمط سداسي — مثل أقراص العسل، لكنه أصغر بألف مرة.