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破解芯片过热之谜：“看清”界面原子级声子传热

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毛瑞麟, 刘法辰, 高鹏. 2025: 破解芯片过热之谜：“看清”界面原子级声子传热, 物理, 54(8): 566-570. doi: 10.7693/wl20250805
引用本文: 毛瑞麟, 刘法辰, 高鹏. 2025: 破解芯片过热之谜：“看清”界面原子级声子传热, 物理, 54(8): 566-570. doi: 10.7693/wl20250805
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破解芯片过热之谜：“看清”界面原子级声子传热

  • 1 北京大学物理学院 量子材料科学中心 北京 100871;

  • 2 北京大学 电子显微镜实验室 北京 100871;

  • 3 北京大学 前沿交叉科学研究院 北京 100871

    • 通讯作者: 高鹏,email:pgao@pku.edu.cn

  • 摘要: 在日常生活经验中，人们对物体的热传导现象形成了直观认知：当物体的温度不均匀时，热量会从高温区域流向低温区域，使得温度会从高温区到低温区呈现连续变化。这一现象早在1822年就由傅里叶通过“热扩散定律”进行了理论描述。该定律指出，单位时间内通过给定截面的热量，与垂直于该截面方向上的温度变化率及截面面积成正比，其中的比例系数便是衡量材料导热能力的关键物理量——热导率。此后，泊松于1835年提出“分子辐射理论”，该理论预言在两种不同导体的交界处会出现温度不连续变化。不过，由于这种温度不连续变化极其微弱，直到1898年，斯莫卢霍夫斯基(Smoluchowski)等学者才通过精密实验测量证实，玻璃—空气界面处的温度不连续变化量级，约等同于气体中1 μm尺度的温度变化，对应的界面热阻(界面热导率的倒数)数值约为10-6—10-5 m2K/W。1941年，卡皮查(Kapitza)在液氦—金属界面实验中也观察到类似现象：每施加1 mW/cm2的热流时，界面处存在约2 mK的温度跳变，且该现象发生在界面10 μm的范围内。这种界面处的温度不连续特性，意味着界面对热流传递产生了阻碍作用，即产生了“热阻”。鉴于卡皮查实验的深远影响，学术界将此类界面热阻命名为“卡皮查热阻”。后续研究发现，卡皮查热阻不仅存在于固体—气体、固体—液体等非同相系统界面，在固体—固体界面同样普遍存在。
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出版历程
  • 收稿日期:  2025-07-12

破解芯片过热之谜：“看清”界面原子级声子传热

    通讯作者: 高鹏,email:pgao@pku.edu.cn
  • 1 北京大学物理学院 量子材料科学中心 北京 100871;
  • 2 北京大学 电子显微镜实验室 北京 100871;
  • 3 北京大学 前沿交叉科学研究院 北京 100871
  • 收稿日期:  2025-07-12

摘要: 在日常生活经验中，人们对物体的热传导现象形成了直观认知：当物体的温度不均匀时，热量会从高温区域流向低温区域，使得温度会从高温区到低温区呈现连续变化。这一现象早在1822年就由傅里叶通过“热扩散定律”进行了理论描述。该定律指出，单位时间内通过给定截面的热量，与垂直于该截面方向上的温度变化率及截面面积成正比，其中的比例系数便是衡量材料导热能力的关键物理量——热导率。此后，泊松于1835年提出“分子辐射理论”，该理论预言在两种不同导体的交界处会出现温度不连续变化。不过，由于这种温度不连续变化极其微弱，直到1898年，斯莫卢霍夫斯基(Smoluchowski)等学者才通过精密实验测量证实，玻璃—空气界面处的温度不连续变化量级，约等同于气体中1 μm尺度的温度变化，对应的界面热阻(界面热导率的倒数)数值约为10-6—10-5 m2K/W。1941年，卡皮查(Kapitza)在液氦—金属界面实验中也观察到类似现象：每施加1 mW/cm2的热流时，界面处存在约2 mK的温度跳变，且该现象发生在界面10 μm的范围内。这种界面处的温度不连续特性，意味着界面对热流传递产生了阻碍作用，即产生了“热阻”。鉴于卡皮查实验的深远影响，学术界将此类界面热阻命名为“卡皮查热阻”。后续研究发现，卡皮查热阻不仅存在于固体—气体、固体—液体等非同相系统界面，在固体—固体界面同样普遍存在。

English Abstract

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