Стекло привычно считают теплоизолятором: именно поэтому его вставляют в окна. Но группа исследователей под руководством Лунцзи Цуя из Университета Колорадо в Боулдере обнаружила, что в виде нити толщиной в один атом стекло ведёт себя иначе. Работа опубликована в журнале Nature Nanotechnology.

В обычном стекле атомы расположены беспорядочно, и эта неупорядоченность рассеивает тепловые колебания. В нити шириной в один атом беспорядку нет места, поэтому колебания проходят напрямую. Соавтор работы Гильерме де Вильена из Института материаловедения в Мадриде сравнил это с окном: стекло удерживает тепло, но растянутое в атомную нить оно пропускает его с невиданной для изолятора эффективностью.

Более того, тепло передавалось отдельными порциями. Каждая составляла 40% от максимума, который способен переносить один канал по законам квантовой физики. Такое квантованное, то есть разбитое на дискретные шаги, тепловое течение, вызванное колебаниями атомов, наблюдается впервые.

Для эксперимента использовали сканирующий тепловой зондовый микроскоп. У него есть стеклянный зонд со встроенным термометром: он чувствует движение атомов и молекул и измеряет тепловой поток через контакты атомного масштаба. Цуй сравнивает прибор с крошечным пальцем, который считывает температуру и тепловой поток через отдельный атом.

В ходе опыта две стеклянные детали прижимали друг к другу, а затем медленно разводили. Контакт сужался до нити шириной в один атом и в итоге разрывался.

По словам Цуя, похожее поведение может встречаться и у других материалов. Теперь исследователи смогут изучать с помощью этого микроскопа самые разные вещества, и инструмент может преподносить неожиданные результаты. Учёный стремится создавать всё более чувствительные датчики для измерения невидимых процессов.

Открытие может пригодиться при разработке миниатюрной наноэлектроники. Диоксид кремния, то есть стекло, уже применяется в компьютерных чипах как изолирующий слой. Цуй отмечает, что особенно интересны полупроводники, основа наноэлектронных устройств: новый микроскоп станет удобным диагностическим инструментом для изучения их энергоэффективности и надёжности.

Пока это лабораторное открытие, и говорить о готовых устройствах рано. Но оно показывает: при переходе к атомным размерам привычные свойства материалов могут меняться самым неожиданным образом.

Источник: Phys.org