Физики университета штата Колорадо объяснили температурный парадокс наноматериалов. Это может изменить подход к охлаждению микроэлектроники. Авторы новой работы нашли объяснение тепловому парадоксу наноматериалов, который открыли в 2015 году. Его суть в том, что нагретые лазером кремниевые бруски размером в десяток нанометров медленно остывают поодиночке, но вместе становятся холодными в разы быстрее.

С точки зрения термодинамики, должно быть наоборот. Авторы новой работы решили объяснить, почему так происходит: они повторили этот эксперимент, но только в виртуальном виде. Исследователи использовали суперкомпьютер Summit, на котором они создали модель и отследили поведение каждого атома и частицы, включая фотоны, которые в этом эксперименте переносят тепло от нагретых тел.

В результате они выяснили, что дело именно в фотонах. На слишком малых расстояниях они начинают толкаться и действуют неорганизованно. Но если они находятся вплотную друг к другу, то быстро переходят к организованному движению. Поэтому, когда бруски расположены близко, то фотоны двигаются не хаотично, а направленно, уводя тепло во внешнюю среду.

Авторы считают, что такой эффект будет полезен для микроэлектронной промышленности, теперь многоядерные центральные и графические процессоры можно охлаждать с помощью полностью управляемого потока фотонов. Это открытие имеет прикладное значение — в будущем можно будет охлаждать процессоры в два-три раза эффективнее, используя новое знание.