Los investigadores encontraron que la conductividad térmica de los cristales de superátomo está directamente relacionada con el desorden rotacional dentro de esas estructuras. Los hallazgos fueron publicados en un artículo en Materiales de la naturaleza esta semana.

El profesor asociado de ingeniería mecánica de la Universidad Carnegie Mellon, Jonathan A. Malen, fue el autor correspondiente del artículo titulado "El orden de orientación controla el transporte térmico cristalino y amorfo en cristales superatómicos".

Los cristales de superátomo son arreglos periódicos o regulares de C ₆₀ fullerenos y grupos moleculares inorgánicos de tamaño similar. El nanómetro de tamaño C ₆₀ s parecen pelotas de fútbol con átomos de C en los vértices de cada hexágono y pentágono.

"Hay dos formaciones casi idénticas, uno que tiene rotación (es decir, desordenado orientacionalmente) C ₆₀ sy uno que ha fijado C ₆₀ s, ", dijo Malen." Descubrimos que la formación que contenía C60 giratorios tiene baja conductividad térmica, mientras que la formación con C fijo ₆₀ s tiene alta conductividad térmica ".

Aunque el desorden rotacional se conoce a granel C ₆₀ , esta es la primera vez que se ha aprovechado el proceso para crear conductividades térmicas muy diferentes en materiales estructuralmente idénticos.

Imagínese una fila de personas pasando sacos de arena de un extremo al otro. Ahora imagina una segunda línea en la que cada persona gira, algunas en el sentido de las agujas del reloj, algunos en sentido contrario a las agujas del reloj, algo rápido y algunos lentos. Sería muy difícil mover un saco de arena por esa línea.

"Esto es similar a lo que está sucediendo con la conductividad térmica en los superátomos, ", explicó Malen." Es más fácil transferir energía térmica a lo largo de un patrón fijo que uno desordenado ".

El profesor asistente de química de la Universidad de Columbia, Xavier Roy, el otro autor correspondiente del estudio, creó los cristales de superatom en su laboratorio sintetizando y ensamblando los bloques de construcción en las superestructuras jerárquicas.

"Los cristales de superatomo representan una nueva clase de materiales con potencial para aplicaciones en la generación de energía sostenible, almacen de energia, y nanoelectrónica, "dijo Roy." Debido a que tenemos una vasta biblioteca de superátomos que pueden autoensamblarse, estos materiales ofrecen un enfoque modular para crear estructuras atómicamente precisas complejas pero sintonizables ".

Los investigadores creen que estos hallazgos conducirán a una mayor investigación sobre las propiedades electrónicas y magnéticas únicas de los materiales superestructurados. Una aplicación futura podría incluir un nuevo material que podría pasar de ser un conductor térmico a un aislante térmico, abriendo el potencial para nuevos tipos de interruptores térmicos y transistores.

"Si pudiéramos controlar activamente el trastorno rotacional, crearíamos un nuevo paradigma para el transporte térmico, "dijo Malen.

Para más información, lea el artículo:"El orden de orientación controla el transporte térmico cristalino y amorfo en cristales superatómicos, " Materiales de la naturaleza (2016).

Investigadores adicionales de Carnegie Mellon incluyeron al investigador postdoctoral y ex alumno Wee-Liat Ong, Patrick S. M. Dougherty, Alan J. H. McGaughey, y C. Fred Higgs. Ong es asesorado conjuntamente por Malen y Roy como parte de una subvención MRSEC de la National Science Foundation dirigida por la Universidad de Columbia. Otros investigadores de la Universidad de Columbia incluyeron a E. O'Brien y D. Paley.