Эффект второго звука в графите и графене

Американские ученые провели исследования, продемонстрировавшие распространение необычных тепловых колебаний при -153°С в обычном графите, из которого делают грифели для карандашей.

Исследователи наблюдали на графите при температуре 120 Кельвинов (-153,15 °С), как тепло проходит через материал волнами, и зафиксировали второй звук (второй звук – это волнообразный перенос тепла в твердых телах). На сегодняшний день 120 Кельвинов представляет собой самую высокую температуру, при которой ученые когда-либо наблюдали второй звук.

Эксперимент состоял в следующем: два лазерных луча направлялись на графит так, чтобы их интерференция создавала волновую картину. Области, лежащие под гребнями волн, нагревались, а области, соответствующие впадинам, оставались холодными. Расстояние между гребнями составляло около 10 мкм. Затем на графит направлялся третий луч, свет которого рассеивался волновой решеткой первых двух лучей. Фотодетектор позволял оценить амплитуду волн, которая указывала, насколько гребни горячее впадин. Таким образом, ученые могли отслеживать, как с течением времени тепло проходит через графит.

Теплопередача гасит вибрации поверхности, когда тепло перемещается от гребней к впадинам. Фактически наблюдались периодические сдвиги от классического «нормального» распределения к обратному и наоборот. В периоды инверсии температура смещалась из холодных областей в горячие.  

На данный момент группа исследователей собирается проводить эксперименты с графеном, двумерным «родственником» графита. Возможно, он будет издавать второй звук при еще более высоких температурах. Если это произойдет, соединение будет чрезвычайно полезным в качестве охлаждающего материала для микроэлектронных устройств.