在每个微芯片中都有数百亿个硅晶体管，它们引导电子进出存储单元，将数据位编码为 1 和 0，即计算机的二进制语言。电流在硅晶体管之间流动会产生热量。尽管硅是一种良好的电导体，但当它被缩小到非常小的尺寸时，它就不是一种良好的热导体——当涉及到快速计算时，这对微型微芯片来说是一个大问题。 

　　在其自然形式中，硅由三种不同的同位素组成——一种化学元素的形式，其原子核中的质子数量相同，但中子数量不同。大约 92% 的硅由同位素硅 28 组成，它有 14 个质子和 14 个中子；大约 5% 是硅 29，重量为 14 个质子和 15 个中子；只有 3% 是硅 30，它是一种相对重量级的物质，有 14 个质子和 16 个中子。携带热量的原子振动波声子（phonons）穿过硅的晶体结构时，撞到硅 29 或硅 30 时方向会发生变化，不同原子质量会“混淆”声子，从而减慢它们的速度。 

　　几十年来，研究人员推测，由纯硅 28 制成的芯片将克服硅的热导率限制，从而提高更小、更密集的微电子器件的处理速度。 

　　但是，将硅提纯成单一同位素需要高强度的能量，很少有设施可以提供，更别说制造出市场可用的单一同位素。 

　　基于硅28同位素材料，研究团队测试了1 毫米大小的硅 28 晶体与天然硅的热导率，再次证实了大块硅 28 导热比天然硅好 10%。然后研究团队现使用化学蚀刻技术制造出直径仅 90 纳米的天然硅和硅 28 纳米线，将每根纳米线悬挂在两个配备铂电极和温度计的微型加热器垫之间，向电极施加电流以在一个垫上产生热量然后通过纳米线流向另一个垫。测量结果表明，Si-28 纳米线的导热性能比具有相同直径和表面粗糙度的天然硅纳米线好150% 。 

　　马萨诸塞大学阿默斯特分校的纳米线导热性专家的计算模拟实验表明，同位素“缺陷”——硅 29 和硅 30——的缺失阻止了声子逃逸到表面，二氧化硅层会大大减慢声子的速度。这反过来又使声子在硅 28 纳米线的“核心”内沿着热流方向保持在轨道上——因此更少“混淆”。研究发现两种独立的声子阻挡机制——表面与同位素，原来是协同工作的。 

　　下一步研究计划是将如何控制、而不仅仅是测量这些材料中的热传导。 

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　　https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.128.085901 

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