Drgania kwantowe związane z ciepłem i elektrycznością
Wciąż rośnie zainteresowanie materiałami termoelektrycznymi, które mogą znaleźć zastosowanie w ekologicznych metodach generowania prądu, ekologicznych technikach chłodniczych i wydajnych układach punktowego chłodzenia obwodów elektronicznych w celu zwiększania mocy obliczeniowej. Materiały te generują różnicę napięcia w reakcji na różnicę temperatur i na odwrót. Niektóre z zaobserwowanych reakcji termicznych wynikają ze sprzężenia między elektronami a fononami. Fonony to kwanty energii drgań, występujące zazwyczaj w sieci krystalicznej lub ciele stałym. Wibracje fononów mogą mieć różne częstotliwości i długości fal (podobnie jak w przypadku ich odpowiedników elektromagnetycznych, czyli fotonów), generując tym samym różne widma. Wykorzystując dofinansowanie UE dla projektu NON ADIABATIC PHONON ("Non adiabatic vibrational spectra from first principles"), naukowcy opracowali nowe opisy matematyczne zachowań fononów. W szczególności zastosowano dwie nowe metodologie w celu zbadania udziału efektów nieadiabatycznych i anharmonicznych w widmach fononowych materiałów termoelektrycznych. Pierwsza kategoria efektów dotyczy warunków doprowadzania lub odprowadzania ciepła w układzie. Druga dotyczy drgań i odchyleń na częstotliwościach będących wielokrotnością częstotliwości harmonicznej lub naturalnej, nakładających się na samą częstotliwość naturalną. Zespół opracował interfejs komputerowy dla wewnętrznie spójnej implementacji fononów, umożliwiający wyodrębnianie sił jonowych w celu obliczania zależności widm fononowych od temperatury. Opracowany kod zastosowano następnie do tellurku ołowiu (PbTe) — obiecującego półprzewodnikowego materiału termoelektrycznego, którego reakcje termoelektryczne nie zostały jeszcze w pełni opisane. Oczekuje się, że ostateczna wersja kodu do obliczania nieadiabatycznej dyspersji fononów oraz anharmonicznych efektów cieplnych wewnątrz materiału będzie gotowa w ciągu najbliższych kilku miesięcy. W ramach prowadzonych prac nawiązano przy okazji intensywne kontakty robocze i utworzono sieć współpracy z innymi instytutami w Europie, co ułatwi wspólne opracowywanie innych wartościowych propozycji w przyszłości. Materiały termoelektryczne są przedmiotem intensywnych badań, a ich potencjalne zastosowania sięgają od budynków po pojedyncze komponenty mikroelektroniczne. Scharakteryzowanie właściwości reagowania tych materiałów ma kluczowe znaczenie dla dalszych postępów oraz zwiększania opłacalności i ekologiczności. Projekt NON ADIABATIC PHONON wniósł ważny wkład w prace w tej dziedzinie, opracowując kod umożliwiający modelowanie oraz metody obliczeniowe pozwalające opisywać nowe zachowania.
