Una descripción completa del transporte térmico a nanoescala es un problema fundamental que ha desafiado la comprensión durante décadas. Aquí, los investigadores descubren un nuevo régimen de transporte térmico cerca de estructuras a nanoescala, donde contraintuitivamente, Los puntos calientes a nanoescala se enfrían más rápidamente cuando se colocan juntos que cuando están muy separados.

Este hallazgo sugiere nuevos enfoques para abordar el importante desafío de la gestión del calor en nanosistemas, con implicaciones de diseño para circuitos integrados, dispositivos termoeléctricos, terapias térmicas mediadas por nanopartículas, y energía fotovoltaica nano mejorada para mejorar las tecnologías de energía limpia.

Un gran desafío en las industrias de semiconductores y electrónica es que a medida que las características a nanoescala se hacen más pequeñas y los procesos se vuelven más rápidos, Es necesario eliminar rápidamente cantidades significativas de calor de las nanoestructuras. Un equipo de JILA, Universidad de Colorado, y el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley hicieron un descubrimiento contrario a la intuición:es mucho más fácil enfriar nanoestructuras calientes cuando están dispuestas muy juntas en lugar de muy separadas. Este resultado es emocionante para el campo del transporte térmico porque en 2010 el mismo equipo demostró que pequeños, los hotspots aislados son, De hecho, bastante desafiante para enfriar. En los experimentos actuales, el equipo modeló una serie de nanoestructuras en diferentes materiales. Cuando las nanoestructuras se calentaron con un láser infrarrojo, emitieron fonones (vibraciones de celosía), que viajaron al sustrato y chocaron con otros fonones, llevándose el calor.

Cuando las nanoestructuras se colocaron juntas, el enfriamiento era más eficiente porque no importaba si los fonones que interactuaban provenían de la misma gran nanoestructura caliente o de pequeñas nanoestructuras calientes vecinas. Por lo tanto, paradójicamente, la disposición de las nanoestructuras calientes más juntas en realidad mejoró la disipación del calor. Estos experimentos permitieron a los investigadores determinar qué vibraciones de celosía alejan el calor de una región caliente y también predecir nuevas formas de diseñar la velocidad de enfriamiento en un material.