原子尺度之下的導熱與導電

金屬容易導電，一個帶電的金屬可以讓人觸電，金屬也同樣的很容易導熱，加熱後的金屬也會把人燙傷。這個導電率與導熱率都很高的是金屬的一個基本的特性，而且是在宏觀尺度之下很容易觀察得到的。然而在原子的尺度之下，在實驗上是搞不清楚熱是如何透過一個單原子接點來傳遞，因為沒有方法去測量那麼一丁點的熱流。美國密西根大學博士生崔(Cui)與他所屬的團隊在科學期刊(Science, DOI: 10.1126/science.aam6622)報告了他們使用一個客製的熱量測定探針在原子尺度之下量測金的熱傳輸的新方法。

一個大約50微米大小的鍍金的探針頭被放置在一個也是金做的，但溫度較高基座上。當一個微小的電流通過探針，就會形成一個金-金接觸。當探針被從初始位置抽起時，金屬粒子會緩慢的形成單原子接點，在接觸斷裂之前他們的輸運特性就會被紀錄下來。這個實驗顯示，導熱率是被限制在單一的量值範圍之內（或其值是量子化的），這確認了與大尺度之下相同的熱流與電流的基本關係。這個成果鼓舞了用在將來的分子尺度研究的新元件的開發。

一支冷的金探針與一個熱的金表面相接觸形成一座金屬橋。將探針抽起會使得金屬橋變窄而形成單原子接點，這可以用來研究微觀尺度的熱傳導。
 

本文感謝APS NEWS（美國物理學會）同意以中文翻譯形式轉載，原文刊登於http://www.aps.org/publications/apsnews/