Controlar el flujo de calor a través de materiales semiconductores es un desafío importante en el desarrollo de chips de computadora más pequeños y rápidos. paneles solares de alto rendimiento, y mejores láseres y dispositivos biomédicos.

Por primera vez, un equipo internacional de científicos dirigido por un investigador de la Universidad de California, Riverside ha modificado el espectro de energía de los fonones acústicos:excitaciones elementales, también conocido como cuasi-partículas, que esparcen calor a través de materiales cristalinos como una onda, confinándolos a estructuras semiconductoras de escala nanométrica. Los resultados tienen importantes implicaciones en la gestión térmica de dispositivos electrónicos.

Dirigido por Alexander Balandin, Profesor Distinguido de Ingeniería Eléctrica y Computación y Profesor de la Cátedra Presidencial de la UC en la Facultad de Ingeniería Bourns de la UCR, la investigación se describe en un artículo publicado el jueves, 10 de noviembre en el diario Comunicaciones de la naturaleza . El artículo se titula "Observación directa de ramas de polarización de fonones acústicos confinados en nanocables independientes".

El equipo utilizó nanocables semiconductores de arseniuro de galio (GaAs), sintetizado por investigadores en Finlandia, y una técnica de imagen llamada espectroscopia de dispersión de luz (BMS) de Brillouin-Mandelstam para estudiar el movimiento de fonones a través de nanoestructuras cristalinas. Al cambiar el tamaño y la forma de las nanoestructuras de GaAs, los investigadores pudieron alterar el espectro de energía, o dispersión, de fonones acústicos. El instrumento BMS utilizado para este estudio fue construido en el Centro de Materiales de Ingeniería Optimizados Phonon (POEM) de la UCR, que está dirigida por Balandin.

Controlar la dispersión de fonones es crucial para mejorar la eliminación de calor de los dispositivos electrónicos a nanoescala, que se ha convertido en el principal obstáculo para permitir que los ingenieros sigan reduciendo su tamaño. También se puede utilizar para mejorar la eficiencia de la generación de energía termoeléctrica, Dijo Balandin. En ese caso, La disminución de la conductividad térmica por fonones es beneficiosa para los dispositivos termoeléctricos que generan energía aplicando un gradiente de temperatura a los semiconductores.

"Durante años, el único método previsto para cambiar la conductividad térmica de las nanoestructuras fue mediante la dispersión de fonones acústicos con límites e interfaces de nanoestructuras. Demostramos experimentalmente que al confinar espacialmente fonones acústicos en nanocables se puede cambiar su velocidad, y la forma en que interactúan con los electrones, magnones, y cómo llevan el calor. Nuestro trabajo crea nuevas oportunidades para ajustar las propiedades térmicas y electrónicas de los materiales semiconductores, "Dijo Balandin.