Comprender el flujo de calor a nanoescala es fundamental en el diseño de dispositivos electrónicos integrados y en el desarrollo de materiales para el aislamiento térmico y la recuperación de energía termoeléctrica. Si bien actualmente se encuentran disponibles varias técnicas para observar el transporte de calor a distancias macroscópicas, Existe la necesidad de nuevos métodos capaces de revelar la dinámica del flujo de calor con resolución nanométrica.
Un equipo de CCNY dirigido por los profesores de física Carlos Meriles y Elisa Riedo informó recientemente sobre una plataforma versátil para mediciones térmicas a nanoescala basada en una combinación de resonancia magnética, y microscopía óptica y de fuerza atómica, en Comunicaciones de la naturaleza . Su papel "Obtención de imágenes de conductividad térmica con resolución a nanoescala utilizando una sonda de giro de exploración, "se basa en una noción simple:que una sonda caliente en contacto con un material conductor térmico, como un metal, se enfría porque el calor fluye desde la sonda hacia el material. Este último se previene, sin embargo, si el material de muestra es térmicamente aislante, lo que implica que se puede inferir la conductividad térmica de la muestra controlando continuamente la temperatura de la sonda.
Para implementar esta idea a nanoescala, los investigadores utilizaron un microscopio térmico de fuerza atómica, donde la temperatura del voladizo se puede ajustar mediante la aplicación de una corriente externa. El voladizo AFM alberga una punta afilada que hace contacto con el sustrato en un pequeño, área de tamaño nanométrico. Para medir la temperatura de la punta, el equipo de CCNY adjuntó al ápice de la punta un nanocristal de diamante, cuya fluorescencia térmicamente dependiente lo convertía efectivamente en un diminuto termómetro. A continuación, se obtuvieron mapas de conductividad térmica con resolución nanométrica a medida que se escaneaba la punta sobre varios sustratos de composición heterogénea.
El equipo anticipa múltiples aplicaciones que van desde problemas fundamentales de flujo de calor en nanoestructuras y transporte de calor radiativo en nano-huecos, a la caracterización de materiales sometidos a transiciones de fase heterogéneas, a la investigación de reacciones catalíticas exotérmicas. Aunque en la presente implementación el calor fluye desde la punta del AFM hacia la muestra, la técnica se puede adaptar inmediatamente para sondear la temperatura local en un lugar caliente, sustrato no uniforme sin necesidad de un voladizo térmico.
"Esta forma de termometría de barrido a nanoescala puede desempeñar un papel importante en la caracterización de los 'puntos calientes' formados en las uniones de heteroestructuras de semiconductores, conocidos por ser críticos en la generación de calor dentro de los dispositivos electrónicos integrados, "dijo Meriles.
