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  • Pequeños ajustes en las estructuras de borde de nanocintas pueden alterar drásticamente la conducción de calor

    Las estructuras atómicas en forma de tubo en los bordes de las nanocintas a base de fósforo ayudan a mantener este material 2D conductivo durante tiempos de tensión térmica o de tracción. Crédito:Instituto A * STAR de Computación de Alto Rendimiento

    Fosforeno negro, un compuesto bidimensional (2-D) inusual, puede ofrecer estrategias para evitar puntos calientes dañinos en circuitos a nanoescala, ha revelado un nuevo estudio de los investigadores de A * STAR.

    Mientras que los átomos de carbono en las películas de grafeno se asientan perfectamente planos sobre una superficie, El fosforeno negro tiene una forma arrugada distintiva debido a las preferencias de enlace de sus átomos de fósforo. Las investigaciones sugieren que la estructura en zig-zag de esta película 2-D le permite comportarse de manera diferente en diferentes orientaciones:puede transportar electrones lentamente a lo largo de un eje, por ejemplo, pero rápidamente en la dirección perpendicular.

    Xiangjun Liu, del A * STAR Institute of High Performance Computing señala que las capacidades del fosforeno negro van más allá de la electrónica de alta velocidad. "Tiene óptica, mecánico, y propiedades térmicas que exhiben dependencia direccional, ", dice." Esto se debe a la estructura única arrugada, lo que realmente me impresionó cuando lo vi por primera vez ".

    Los investigadores teorizan que el exceso de calor podría obtenerse de circuitos a nanoescala utilizando fonones controlados con precisión, 'quanta' o paquetes de energía vibratoria, presentes en los componentes de fosforeno negro.

    Liu y sus colaboradores centraron su estudio en un problema estructural importante que puede afectar la conductividad térmica del fosforeno:las estructuras de los átomos en los bordes de la película 2-D. Los investigadores han predicho que el fosforeno puede tener un borde dímero formado por el acoplamiento de dos átomos terminales, o un borde en forma de tubo energéticamente estable creado por unión de múltiples átomos.

    Para comprender cómo las diferentes estructuras de borde impactan la conductividad térmica, El equipo A * STAR utilizó algoritmos informáticos que simulan la transferencia de fonones a través de un gradiente de temperatura. Modelaron películas de fosforeno como estrechas, nanocintas rectangulares y observaron que la conductividad del calor era mayoritariamente uniforme en nanocintas prístinas. Los modelos terminados en tubo y dímero, por otra parte, prefirió dirigir el calor a las regiones centrales lejos de los bordes.

    Cálculos adicionales revelaron que los modelos con bordes de tubo producían diferentes excitaciones de fonones de las otras estructuras de fosforeno:exhibían un nuevo tipo de movimiento de torsión, así como expansiones y contracciones geométricas denominadas modos de respiración. Estos movimientos adicionales, explica Liu, son probablemente la razón por la que los bordes de los tubos funcionan tan bien para dispersar las vibraciones térmicas y permanecer fríos.

    Normalmente, Los materiales 2-D tienen una capacidad reducida para difundir el calor cuando se tensan lateralmente. Nanocintas terminadas en tubo, sin embargo, tienen una conductividad térmica casi constante bajo tensión, una propiedad que puede ser útil en la tecnología portátil del futuro.

    "El comportamiento térmico independiente de la tensión podría beneficiar a los dispositivos que necesitan un rendimiento estable mientras están tensos o retorcidos, ", dice Liu." El fosforeno tiene un gran potencial para aplicaciones de electrónica blanda y flexible ".


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