Publicada en la revista Physical Review Letters, la investigación proporciona una manera de comprender el comportamiento del transporte térmico en aisladores y semiconductores cuando se someten a condiciones extremas como altas temperaturas o presiones.
El estudio también ofrece información sobre el diseño de materiales termoeléctricos de próxima generación, que podrían utilizarse para convertir de manera eficiente la energía térmica en energía eléctrica.
"Lo que hemos mostrado aquí es una nueva forma de pensar sobre el transporte térmico en aislantes y semiconductores", dijo el Dr. Joshua Kretchmer, profesor asistente en la Facultad de Física de Georgia Tech y autor principal del estudio. "Nuestros resultados podrían conducir a nuevos materiales con propiedades térmicas mejoradas y allanar el camino para una conversión de energía más eficiente".
Uno de los hallazgos clave del estudio es el papel de las "cuasipartículas" en el transporte de calor en los sólidos. Estas cuasipartículas son excitaciones en la red cristalina que se comportan como partículas, pero no son objetos reales observables.
En los materiales convencionales, el transporte de calor suele estar dominado por las vibraciones de los átomos dentro de la red cristalina, que puede considerarse como un conjunto de resortes y masas. Sin embargo, en algunos materiales, como los utilizados en dispositivos termoeléctricos, el transporte de calor está dominado por el movimiento de cuasipartículas, como electrones o huecos.
Los investigadores descubrieron que la interacción entre estas cuasipartículas y las vibraciones atómicas desempeña un papel crucial en la determinación de las propiedades de transporte térmico de un material. En particular, descubrieron que cuando la interacción es fuerte, se reduce el transporte de calor.
"Nuestro trabajo muestra que la interacción entre cuasipartículas y vibraciones es increíblemente importante para comprender el transporte térmico en sólidos", dijo el Dr. Kretchmer. "Al controlar esta interacción, podríamos diseñar materiales con una conductividad térmica mucho mayor o menor, dependiendo de la aplicación deseada".
El Dr. Kretchmer y su equipo están trabajando ahora para aplicar el marco teórico al diseño de nuevos materiales termoeléctricos y comprender las propiedades de transporte térmico de otros materiales, como los aislantes topológicos y los superconductores.
