El calor viaja a través de láminas de estaño delgadas como átomos de una manera muy inusual, Los investigadores de A * STAR han encontrado. El descubrimiento podría ayudar a desarrollar aplicaciones para el material, incluida la refrigeración termoeléctrica o la generación de energía.

Grafeno una capa de carbono de un solo átomo de espesor, fue aislado por primera vez en 2004. Desde entonces, Los investigadores han creado una plétora de otros análogos '2-D' del grafeno utilizando diferentes átomos. Stanene, con sus átomos de estaño dispuestos en un patrón hexagonal ligeramente ondulado (ver imagen), llegó en 2015. Hangbo Zhou y sus colegas del Instituto A * STAR de Computación de Alto Rendimiento ahora han estudiado cómo este primo del grafeno conduce el calor.

En materiales sólidos, el calor generalmente es transportado por electrones o por vibraciones entre átomos. A medida que estas vibraciones viajan a través del material, se comportan más bien como una partícula, conocido como fonón. A temperatura ambiente, el grafeno conduce principalmente el calor con fonones, mientras que los metales dependen en gran medida de los electrones. Pero en stanene, se desconocía el equilibrio entre estos dos mecanismos.

El equipo de A * STAR calculó la conducción térmica de fonones y electrones en staneno a varias temperaturas, y descubrió que el estaeno tiene una conducción térmica de fonones mucho más baja que el grafeno. En efecto, a temperatura ambiente, La conducción térmica de electrones en el estaeno es aproximadamente la misma que la conducción de fonones.

También encontraron que el stanene se desvía de la ley de Wiedemann-Franz, que establece que la conducción térmica de electrones depende de la temperatura y la conductividad eléctrica del material. En stanene, sin embargo, la contribución de la conducción térmica de electrones a la transferencia de calor general también depende del "potencial químico" del material, una medida de cuánta energía se requiere para agregar un electrón más al material. Crucialmente, Los investigadores encontraron que el potencial químico también afecta el transporte térmico de electrones en el grafeno y algunos otros materiales 2-D.

Los sorprendentes hallazgos podrían hacer que el estaeno sea útil en dispositivos termoeléctricos, en el que un gradiente de temperatura crea un voltaje entre dos partes de un material, o viceversa.

"La ley de Wiedemann-Franz es uno de los principales factores que limita la eficiencia termoeléctrica de los conductores, ", dice Zhou." La violación de la ley puede proporcionar una ruta alternativa para lograr materiales termoeléctricos de alta eficiencia ".

Los cálculos sugieren que las propiedades de transporte térmico del stanene podrían ajustarse alterando su potencial químico. él añade, por ejemplo, agregando trazas de otros átomos.

El equipo ahora espera calcular la eficiencia con la que el stanene puede generar energía termoeléctrica, y el tamaño del voltaje generado por una diferencia de temperatura en el material.