（图示为100纳米宽的多晶铝线的密度（灰色）和温度（彩色）地图。温度是由铝金属已知的热膨胀后的密度计算出来的。由于边界处由于热膨胀导致了铝的胀大，所以晶界处的密度更低。线的一段（绿色）接近室温，另一端（橙色）是160K。图片来源：USC CEMMA & UCLA Regan Group）

很多人都有过这样的经历：坐在床上把笔记本电脑放在腿上使用，结果被烫到，或者打电话久了，耳朵被烫到。出现这种现象的原因在于微电子设备在使用过程中会发热。这些电子设备包含很多的传感器，即使每个单独的传感器产热很少，但众多传感器一起产生的热量有时也足以毁坏这台设备。

对于电子工业来说，热管理是一个重要的问题。目前为止，还没有精确的方法来测量单个微电子设备的温度。特别是那些大到需要填满整个房间的服务器，过热更是一个严重的问题。

Mecklenburg和来自加州大学洛杉矶分校的Chris Regan领导的团队在《Science》杂志上发表了他们的发现，这项发现将是微电子设备中温度研究的重要进展。“如果你仅仅模拟一个微电子设备的温度，你想做的下一件事情是测量其温度来检验你的模拟是否正确，”来自南加州大学电子显微与电子分析中心（CEMMA）的科学家Matthew Mecklenburg说道，“但是问题依然存在，那就是如何完成这些测试。”

为了避免改变设备的温度，他们决定放弃同时放入一个温度探针。他们意识到，被观测的材料本身就是其自身的温度计。所有材料的体积都会根据其温度而变化，因此一个材料的温度可以通过测量其体积来决定，或者，同等概念的，通过其密度决定。基于这个考虑，他们决定采用热膨胀系数相对大的铝金属作为测试对象。

采用TEM和电子能量损失光谱法（EELS）技术，这个团队定量测量了铝金属等离子基元的能量，并在TEM的纳米级分辨率下准确测定其温度。

“每个半导体制造商都会在透射电子显微镜下测量他们自己设备的尺寸，”Mecklenburg说到，“现在，在相同的显微镜下，他们可以测量单个设备的温度梯度。”

这项新技术名为等离子基元能量膨胀温度测定法（PEET），通过测量设备内部材料的膨胀大小，可用来有效测量传感器内部的温度。“这项技术对大块材料很敏感，而不仅仅是表面，”Mecklenburg说到，“测量隐藏在设备内部的温度能给带来更好的热管理，这意味着传感速率有望提高，能量消耗也会减少，你的手机将会待机更久。”

这个科研团队下一步是将这项技术应用于其他材料，包括常用于传感器的硅材料。许多金属和半导体有合适的性能，可用做自己的温度计。通过将PEET技术应用到CPU和传感器材料上，研究人员将有能力准确描绘工作中的微电子设备内部的温度地图，开发更加有效散热的CPU和传感器。

新材料在线翻译团队编译整理——翻译：Gary