北京
这一发现使热量能够以纳米级精度被引导和重新分配，为量子热工程奠定了基础。
在全球范围内首次，加州大学洛杉矶分校的物理学家在室温下观测到了热波的量子行为，而非通常所需的超低温条件。这一发现为下一代量子设备中的热管理开辟了新的可能性，克服了此前面临的瓶颈。
无论是你日常使用的笔记本电脑，还是研究实验室和初创公司正在为未来打造的量子计算机，热管理都是所有计算设备面临的一大难题。数据处理过程中产生的热量会阻碍设备的处理能力和可扩展性。
要让量子计算机像今天的硅基计算一样普及，它们还必须能够在室温下运行。科学家们正在尝试各种方法来实现这一目标，但这也要求量子特性能够在室温下发挥作用。加州大学洛杉矶分校的最新研究证明，这是可以实现的。
什么是声子聚焦？
声子聚焦是一种量子行为，声子以振动能量包的形式携带热量，在非金属材料中按特定模式传播，就像光线从恒星中射出一样。这与室温下传输热量的声子不同，后者会向各个方向均匀扩散。
据加州大学洛杉矶分校机械与航空航天工程师胡永杰介绍，这开辟了一种思考热管理的新方式，因为热量现在可以在室温下以纳米级精度被引导和重新分配。这也是量子热工程的基础。
“展望未来，环境声子波动力学的发现，以及定向控制热流和精确调节声子与其他能量载流子耦合的能力，可能开辟超越经典热管理框架的新前沿，”研究人员在论文中写道。
他们是如何做到的？
在这项研究中，研究人员使用了硼砷化物，这是一种最近发现的半导体材料，具有出色的导热性能。该材料的晶体结构为声子传播创造了天然的通道，使它们能够自由移动而不会相互碰撞。
研究团队还使用了一个纳米级金探针作为热源和精确的热传播成像传感器，在华氏80度（摄氏27度）的室温条件下创造了声子聚焦的条件。
研究人员观察到了与经典热传递截然不同的独特模式，从而证明由波动支配的奇异量子输运现象并非只能在超低温条件下发生。
有趣的是，研究人员还发现材料的三维排列或原子取向可以产生不同的射线模式，使我们对热量在材料中的移动方式有了更强的控制能力。尽管实验中观测到的声子仅移动了250纳米，但研究人员总结说，这一距离对于此类实验而言已经相当可观，足以作为声子聚焦的证据。
“对温度依赖性实验的全面验证和定量分析进一步证实了该技术的稳健性、可重复性和纳米级分辨率，”研究人员在论文中补充道。该团队接下来将致力于把实验室成果转化为现实世界的实际应用。
这项研究成果发表在《自然·物理学》期刊上。
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