Un descubrimiento reciente podría conducir a avances inesperados en la computación cuántica y revolucionar la disipación de calor en ordenadores y otros aparatos electrónicos.
A medida que avanza la miniaturización de dispositivos electrónicos, crece el problema de disipar su calor interno. Las estrategias tradicionales para disipar calor cada vez se quedan más cortas. Hay un modo alternativo de disipar calor con una eficiencia mucho mayor, pero hasta ahora solo funcionaba en medios sumidos a temperaturas extremadamente bajas, lo que ha venido limitando seriamente su uso práctico.
Ahora, un equipo integrado, entre otros, por Man Li y Yongjie Hu, de la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA), Estados Unidos, ha demostrado que los fonones (vibraciones atómicas portadoras de calor y con propiedades cuánticas) pueden viajar en trayectorias focalizadas, similares a radios de rueda de bicicleta extendiéndose desde el centro hacia fuera, a temperatura ambiente. En vez de propagarse uniformemente en todas direcciones, el calor puede moverse a lo largo de trayectorias guiadas definidas por la estructura cristalina del material, lo que abre nuevas y fascinantes posibilidades para la gestión del flujo de calor en la electrónica del futuro y para tecnologías cuánticas.
El equipo demostró la capacidad de enfocar fonones a temperatura ambiente en arseniuro de boro, un material semiconductor cristalino con alta conductividad térmica. En vez de eliminar el calor después de que se propague, materiales como el arseniuro de boro podrían permitir que el calor viajase a lo largo de rutas predeterminadas con precisión nanométrica, de forma similar a como la fibra óptica guía la luz.
Para observar y estudiar este efecto, los investigadores desarrollaron una técnica de cartografiado de temperatura a escala nanométrica. En materiales convencionales, observaron patrones circulares de propagación del calor, que concuerdan con la conducción térmica difusiva ordinaria. Sin embargo, en el arseniuro de boro, detectaron sorprendentes patrones de temperatura en forma de radios de bicicleta, lo que demuestra que el calor puede ser guiado a lo largo de direcciones cristalográficas específicas.
El equipo también demostró que los patrones de flujo de calor cambian de forma predecible según la orientación de las estructuras cristalinas, y que los diferentes planos cristalinos del arseniuro de boro presentan patrones de enfoque distintos, con cuatro, seis y ocho “radios de bicicleta”.
Es importante destacar que este comportamiento peculiar puede persistir a distancias de un micrómetro e incluso hasta decenas de micrómetros, lo cual es suficiente para muchos dispositivos electrónicos, fotónicos y cuánticos modernos.
