Kafes kusurlarının bir kristalin ısı transfer etme kapasitesini nasıl etkilediği, helyum atomlarının yüzeyinden saçılmasıyla gösterilmiştir. Titreşim ve sesin kuantum parçacıkları olan yüzey fononları, ince kristal filmlerde ısının dağılmasından sorumludur. Filmdeki safsızlıklar, dislokasyonlar ve diğer kusurlar bu fononların ömrünü ve ısı taşıma kapasitelerini sınırlar. Bu ilişkiler anlaşılmış olmasına rağmen tam olarak ölçülememektedir.
Cambridge Üniversitesi’nden Boyao Liu ve arkadaşları, altı yüzey fonon modunun yaşam sürelerinin ince bir kristalin kusur yoğunluğuna olan bağımlılığını ölçerek bu hedefe doğru ilerleme kaydetmişlerdir. Araştırmaları, gelecekteki elektronik aygıtlar için malzemelerin ısı taşıma özelliklerinde iyileştirmeler sağlayabilir.
Grup, araştırmaları için bir elektromıknatısın bobinlerini kullanarak bir hedef yüzeye doğru spin-polarize helyum-3 atomları demetini hedeflemeyi içeren bir yöntem olan helyum spin-eko spektroskopisini kullandı. Bir dedektöre ulaşmadan önce, yüzeyden saçılan atomlar ikinci bir aynı manyetikten geçer. Her atomun spini, her iki elektromıknatısta da bulunan manyetik alanlar nedeniyle hızıyla ters orantılı bir açıyla döner.
Tipik olarak, bir atom bir kristalden elastik bir şekilde saçılır. Ancak atom, dalga özellikleri malzemedeki fononlarınkiyle çakışırsa fonon enerjisini emebilir. Emilimin bir sonucu olarak atomun hızı artar ve spininin döndüğü açının azaldığı ölçülebilir.
Liu ve meslektaşları hem cilalanmış hem de pürüzlendirilmiş nikel hedefleri inceledikten sonra altı farklı fonon modu keşfettiler. Tahmin edildiği gibi, pürüzlü yüzeylerin helyum-3 atomlarını saçarak daha kısa ömürlü fononlar içerdiğini keşfettiler. Liu’ya göre, beklenmedik bir şekilde, pürüzlülük ve fonon ömrü arasındaki ilişkinin hem doğrusal hem de sıcaklıktan bağımsız olduğu bulundu. Bunun nedeni, hiç kimsenin yüksek enerji çözünürlüklü verilerin neler gösterebileceğini tahmin etmemiş olmasıydı.
