在每個微芯片中都有數百億個硅晶體管，它們引導電子進出存儲單元，將數據位編碼為 1 和 0，即計算機的二進制語言。電流在硅晶體管之間流動會產生熱量。盡管硅是一種良好的電導體，但當它被縮小到非常小的尺寸時，它就不是一種良好的熱導體——當涉及到快速計算時，這對微型微芯片來說是一個大問題。 

　　在其自然形式中，硅由三種不同的同位素組成——一種化學元素的形式，其原子核中的質子數量相同，但中子數量不同。大約 92% 的硅由同位素硅 28 組成，它有 14 個質子和 14 個中子；大約 5% 是硅 29，重量為 14 個質子和 15 個中子；只有 3% 是硅 30，它是一種相對重量級的物質，有 14 個質子和 16 個中子。攜帶熱量的原子振動波聲子（phonons）穿過硅的晶體結構時，撞到硅 29 或硅 30 時方向會發生變化，不同原子質量會“混淆”聲子，從而減慢它們的速度。 

　　幾十年來，研究人員推測，由純硅 28 制成的芯片將克服硅的熱導率限制，從而提高更小、更密集的微電子器件的處理速度。 

　　但是，將硅提純成單一同位素需要高強度的能量，很少有設施可以提供，更別說制造出市場可用的單一同位素。 

　　基于硅28同位素材料，研究團隊測試了1 毫米大小的硅 28 晶體與天然硅的熱導率，再次證實了大塊硅 28 導熱比天然硅好 10%。然后研究團隊現使用化學蝕刻技術制造出直徑僅 90 納米的天然硅和硅 28 納米線，將每根納米線懸掛在兩個配備鉑電極和溫度計的微型加熱器墊之間，向電極施加電流以在一個墊上產生熱量然后通過納米線流向另一個墊。測量結果表明，Si-28 納米線的導熱性能比具有相同直徑和表面粗糙度的天然硅納米線好150% 。 

　　馬薩諸塞大學阿默斯特分校的納米線導熱性專家的計算模擬實驗表明，同位素“缺陷”——硅 29 和硅 30——的缺失阻止了聲子逃逸到表面，二氧化硅層會大大減慢聲子的速度。這反過來又使聲子在硅 28 納米線的“核心”內沿著熱流方向保持在軌道上——因此更少“混淆”。研究發現兩種獨立的聲子阻擋機制——表面與同位素，原來是協同工作的。 

　　下一步研究計劃是將如何控制、而不僅僅是測量這些材料中的熱傳導。 

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　　https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.128.085901 

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