Los físicos teóricos de SISSA y la Universidad de California en Davis han desarrollado un nuevo enfoque para el transporte de calor en materiales, que finalmente permite cristales, sólidos policristalinos, aleaciones y vidrios para ser tratados sobre la misma base sólida. Abre el camino a la simulación numérica de las propiedades térmicas de una amplia clase de materiales en campos importantes como el ahorro de energía, conversión, barrido, almacenamiento, disipación de calor, blindaje y las ciencias planetarias, que hasta ahora han esquivado un tratamiento computacional adecuado. La investigación ha sido publicada en Comunicaciones de la naturaleza .

El calor se disipa con el tiempo. En un sentido, el flujo de calor es la característica definitoria de la flecha del tiempo. A pesar de la importancia fundamental del transporte de calor, el padre de su teoría moderna, Sir Rudolph Peierls, escribió en 1961, "Parece que no hay ningún problema en la física moderna para el que se registran tantos comienzos en falso, y tantas teorías que pasan por alto alguna característica esencial, como en el problema de la conductividad térmica de los cristales no conductores ".

Ha pasado medio siglo desde, y el transporte de calor sigue siendo uno de los capítulos más esquivos de la ciencia de los materiales teóricos. Como una cuestión de hecho, ningún enfoque unificado ha sido capaz de tratar cristales y sólidos (parcialmente) desordenados en pie de igualdad, obstaculizando así los esfuerzos de generaciones de científicos de materiales para simular ciertos materiales, o diferentes estados del mismo material que ocurren en el mismo sistema físico o dispositivo con la misma precisión.

Esta gran brecha ha sido finalmente cerrada por un grupo de investigadores de SISSA y UC Davis, dirigido por Stefano Baroni y Davide Donadio en el marco del MAX EU Center for Supercomputing Applications. Los investigadores han desarrollado una nueva metodología basada en la teoría de Green-Kubo de respuesta lineal y conceptos de dinámica de celosía que une muy bien los diferentes enfoques que se aplican a cristales y vidrios. La nueva metodología tiene naturalmente en cuenta los efectos de la mecánica cuántica, permitiendo así finalmente el modelado predictivo del transporte de calor en materiales desordenados complejos en el régimen cuántico de baja temperatura al que no se aplica ninguna técnica existente.

Esta hazaña permitirá a los científicos e ingenieros comprender y diseñar el transporte de calor para una amplia variedad de aplicaciones. Lograr una conductividad térmica extremadamente baja es esencial para la recolección de energía termoeléctrica y el enfriamiento de estado sólido. revestimiento de aislamiento térmico y barrera térmica, mientras que la alta conductividad térmica es clave para la gestión del calor en la electrónica de alta potencia, baterías y fotovoltaica. Finalmente, nanoestructurado, policristalino Los materiales altamente defectuosos o incluso vidriosos pueden estudiarse con alta precisión dentro de un marco unificado y practicable.