不等陈辉敲门,实验室大门就打开了,一个看起来三四十岁的中年开门看向陈辉,“你好,你就是袁老师介绍的数学高手陈辉吧?”
陈辉点头。
他知道不是巧了,因为实验室门外密布着摄像头,搞得跟军事重地一样,恐怕他刚上三楼就已经处于全方位的监控中了。
“我是肖教授手下的硕士研究生,杨驰。”
他们早就看过陈辉的照片,再加上袁新毅亮出了陈辉一作的丢番图论文,他对陈辉还是很客气的,这个世界对有能力的人还是很宽容的,他们的实验也的确遇到了瓶颈,需要搞数学的帮助。
倒是陈辉有些诧异,看这位大哥的模样,他还以为是位博士后呢。
二十八岁的程序员?
“欢迎加入我们实验室,我们给袁老师的材料你看了吗?”
杨驰邀请陈辉进入实验室后,很快进入正题,从他嘴角的泡也能看得出来,他最近有些着急上火。
“看过了。”
经过一晚上加上午一个多小时的突击,陈辉大概明白了他们在做的项目是什么。
简单来说,就是高ZT值热电材料研究。
热电材料是一种基于帕尔贴效应——当电流通过两种导体结时,一侧吸热(冷却)、另一侧放热,的散热材料。
这种材料可以用于芯片的散热,随着芯片技术的发展,3D堆叠芯片散热难度指数级上升,散热成了个大问题,如今主流的两个思路就是引入微流体和使用热电材料。
微流体冷却通过在芯片内部或层间集成微米级流体通道,利用流动的冷却液直接吸收并带走热量,目前能做到提高导热率20-40%,但制造复杂度高,可能影响心片可靠性,功耗高,还有冷却液泄露风险。
热电材料无运动部件,静音且可靠性高,响应速度快,受到不少研究者的青睐,可惜高ZT材料成本昂贵,难以大规模应用,所以如果能够找到一种ZT值高,制备起来又经济的材料,那就意味着滚滚而来的财富。
尤其是在当今县官技术被卡脖子的情况下,若真能有突破性进展,这对华夏更是意义重大。
因为散热瓶颈消除后,心片可突破现有制程限制,实现更高密度3D堆叠,晶体管密度提升10-100倍,心片主频有望重返高频时代,结合量子隧穿抑制技术,性能或提升5-8倍。
这就意味着哪怕是造不出5nm,3nm,我们同样可以通过更高密度的堆叠来实现同样的性能,达到弯道超车的目标。
当然,更可能的情况是,对面会求着用我们的热电材料,反而是随着nm数越小,散热问题越严重,他们同样迫切的需要解决这个问题,到时候谁卡谁就不好说了。
合则两利的事情。
当有更大利益驱使时,某些霸权的话可就不好使了,封锁自然不攻自破。
第154章 模型改进
不仅如此,高ZT值热电材料的出现更会改变芯片架构,光-电-热一体化芯片成为可能,热电材料将废热直接转化为电能,供芯片内部传感器或边缘AI单元使用,实现能量闭环。
自冷却芯片普及,淘汰传统散热器,设备体积缩小至现有1/5。
从长期来看,这将直接导致量子芯片的发展,它缓解了量子比特退相干问题,超导量子芯片可在更高温度下运行,降低制冷成本90%,类脑芯片功耗降低至μW级,支持植入式医疗设备长期运行……
未来前景可谓是一片光明!
当然,展望未来时不免也要低头看看脚下的路。
现实是残酷的,根据肖教授提供的资料,目前他们能够做到的ZT值只有0.92,不要说划时代的突破,甚至都没有达到商用1.5的标准。
“好!”
杨驰欣慰的点头,他喜欢这样高效的交流,也很满意陈辉的态度,就算实力差一点,只要愿意努力,他都是欢迎的。
“那你应该知道,ZT值的计算公式是(SσT)/κ,高ZT值材料的制备主要有三种途径,要么通过增强电输运性能,通过能带工程,如能带收敛、多能谷效应提高S和σ,或者是解耦电声输运,通过微观结构调控实现电子与声子传输路径的分离,但是前面两种方法实现起来都太困难,即便能够得到高ZT值材料,工业化的成本也太高,难以得到普及。”
“目前我们使用的方式主要还是抑制热传导,通过纳米结构、缺陷工程或复合材料设计降低晶格热导率。”
杨驰边走边介绍,“这次我们想要你做的主要是通过我们的实验数据,建立多尺度模型量化纳米缺陷、位错对热导率的贡献,如果能够找到一种算法或者多目标优化的方法,来平衡S、σ、κ的竞争关系,那就更好了。”
说完他们已经来到了一处办公桌前,杨驰打开电脑,“这是目前我们实验采集到的27个样本的数据,你可以在这里研究,也可以拿U盘拷回去慢慢研究,但这些数据都是内部机密,还请不要外泄。”
“明白。”
陈辉点头,心神已经沉浸到了眼前的数据中。
“哎,又失败了。”
就在陈辉研究实验数据时,旁边传来一声叹息,“晶界散射模型明明预测热导率能降低30%……”
肖蒙摘下护目镜,看向旁边仪器采集数据计算出来的ZT值,0.91,甚至比他们之前实验的效果还要更差,这不科学。
“我觉得我们之前的模型存在问题。”
杨驰来到肖蒙身边,看着前方实验仪器中合成的样品,笃定的说到,“老师先休息一下吧,我们请来了一位数学好手,如果能优化模型,应该会有所进展。”
“我怎么休息得下来。”
肖蒙摇头,“隔壁华科也有实验室在做这方面研究,据说他们已经取得了不小的进展,这个时候停下来,要是让他们先发表成果,我们之前的努力就都白费了。”
科研的世界同样是残酷的,全世界那么多研究者,免不了就撞了课题,数学如此,物理同样如此,慢一步,那可就满盘皆输,她不为自己考虑,也要考虑整个实验室大家付出的心血。
说完她下意识的看向陈辉,毫无疑问,现在陈辉已经坐在了关键的位置上,承载着他们的希望。
物理离不开数学,但并不是所有的物理学者都擅长数学,数学正好不是她的强项,想到自己堂堂一个教授,竟然还要仰仗一个本科生,她自己也觉得挺好笑的。
“别看他年轻,已经发表了一篇一区SCI论文,还是IMO满分金牌选手,实力应该不差的。”不等肖蒙说话,杨驰就解释了一句。
“我们的模型已经足够完善,即便是数学院的老师们前来,恐怕也找不到方向,现在我们需要一个拥有足够直觉的天才,凭借他强大的直觉,为我们找到这个模型的改进方向,他的确是不错的选择。”
“但愿吧!”
人是她请来的,她当然知道陈辉的履历,肖蒙迈步来到陈辉身旁,“你好,我是肖蒙,欢迎加入我们项目组,接下来就都靠你了!”
陈辉抬头看向这位充满英气的女生,很诧异老师口中的肖蒙教授竟然这么年轻,点头说到,“我尽量。”
肖蒙点头,“实验室中有什么问题可以随时问杨驰,我不在,他就是这里的负责人。”
杨驰是她收的第一个硕士研究生,深得她信任,也具有很强的科研能力。
这也是她急于出成果的原因之一,只有这个项目取得突破,她才可能升正教授,拥有博士点,到时候就能直接收杨驰当自己的博士了。
肖蒙没有再多说,连续做了几个小时实验的她转身走出实验室,她得去休息休息了。
专注于一件事时,时间总是过得飞快。
“先去吃点东西吧。”
杨驰忽然来到陈辉身边,提醒到。
陈辉这才注意到已经十二点多了,他竟然就这样盯着这十几个G的数据看了三个多小时。
“好。”
人是铁饭是钢,陈辉没有拒绝,起身,两人结伴往食堂走去。
“有思路了吗?”
杨驰随意的问道。
陈辉摇头。
当看到这些数据时,陈辉才恍然科研跟做题的区别。
无论是竞赛还是高考,出的题目都是有固定解法和答案的,至少,问题是明确的,让你证明什么,求解什么。
但科研并不是这样的,很多时候,你甚至都不知道问题是什么,即便你拥有一身屠龙术,可龙都没有,你又能屠什么呢?
甚至很多时候,都不一定有答案,这才是最让人绝望的,很可能你研究了几个月,几年的东西,根本就是错的,根本就没有答案!
想要在量级恐怖,如同星空般浩瀚的数据中找到通往真理的道路,不是那么容易的。
“没关系的,这原本就不是一朝一夕能够解决的,你可以先看看相关的论文,我们给袁老师提供的资料里面也有推荐,慢慢来。”
杨驰拍了拍陈辉肩膀。
他的确很着急,但也明白,这急不来。
一直思考问题的陈辉草草吃了午饭,径直往实验室走去。
“你不回去休息一下吗?”
杨驰心情复杂的问道,“好好休息才能保持大脑清醒,才能更好的分析问题。”
“你先回去吧,我习惯了,没关系的。”
陈辉拒绝了对方的提议。
杨驰见状也掉转了方向,跟陈辉一起回到实验室,实验室不比教研室,一些仪器和材料是具有一定危险性的,尤其陈辉又是个新兵蛋子,要是发生了什么安全事故,他这个实验室值班人是要负责的,他也不想那样的事情发生。
他现在有些后悔没有坚持让陈辉把实验数据拷贝回去研究。
再次走进实验室,陈辉才注意到,这间实验室大约两百多平,其中一小部分摆放着桌子,是实验人员们临时办公的地方,其他地方则是被各种充满科幻气息的实验设备占据。
“这是放电等离子烧结炉,用于制备高密度纳米晶热电材料,比如硫化铋,通过脉冲电流快速烧结,减少晶粒粗化,最小功率20Kw,最高温度可达2200摄氏度,最大压力通常为20T……”
见到陈辉好奇,杨驰如数家珍般的介绍起来,“这台算是中型炉,产自魔都晨华公司,两百万。”
陈辉暗暗咋舌,好家伙,这做物理实验就是在烧钱啊,跟数学研究似乎完全是两个不同的画风。
“这是水热反应釜,用于实现碘掺杂硒化铜等材料的相变调控,通过高压高温环境合成特定晶体结构……”
接下来几天时间,陈辉早出晚归,连论文的事情都放到了一边,全身心的扑到了实验数据的处理和模型建立上,期间他也旁边了几次杨驰他们实验。
大家对陈辉倒是很热情,这反倒让陈辉有些不好意思起来,已经三天时间了,他还是没有什么思路。
这三天里,他不仅在研究数据,也找来了许多相关资料进行研究,数学和物理的熟练度都分别提升了2%,但模型的事情依旧一筹莫展。
肖蒙教授团队采用的模型脱胎于Debye-Callaway模型,其核心思想是将声子即晶格振动量子视为气体粒子,通过统计散射事件计算热导率。
他们进行了两次修正,引入了晶界散射弛豫时间τGB,假设晶粒尺寸均匀(约为50nm),散射概率与晶界面积成正比,同时团队通过实验反演发现,高载流子浓度下电子会增强声子散射,因此加入了一个指数衰减因子。
可惜他们的修正似乎并没有起到什么效果,最终实验的结果依旧差强人意,甚至比原模型更差,可根据他们得到的实验数据,这样的修正应该是能够对实验结果有提升的。
这无疑陷入了悖论。
陈辉现在要做的,就是解开这个悖论,找到这里面被忽略的地方。
但显然,这并不是一件容易的事情。
背着书包走进实验室,陈辉脑海中依旧是实验数据在乱窜,以至于看着一位师姐搬着沉重的箱子路过后才反应过来,快步上前去帮忙。
“不用,我搬得动!”
师姐得意的说道,要不是手上还搬着一箱东西,她恐怕就要抬手跟陈辉秀肌肉了。
“你就让她自己搬吧,她擅长这个!”
另一位师姐也附和到,“这次又买的什么?”
“香蕉!”
师姐将箱子放在自己的位置上,回道。
“你这是要去摆水果摊啊?”
“上一箱橘子吃完了吗?”
“不怕,这次我买的青香蕉,等它熟了,我上一箱橘子也就吃完了。”
师姐得意的拆开纸箱,露出里面绿油油的香蕉,“要是实验做不出来,毕不了业我就去卖水果,就在学校门口,到时候大家来照顾我生意啊。”
“行,到时候我在老师群里给你宣传,就说是我的得意弟子。”
这时,一道声音在门口响起。