Un modelo teórico que explica cómo el calor fluye del grafeno podría ayudar a mejorar el diseño de dispositivos a nanoescala, dicen los científicos A * STAR.
El grafeno es un cristal de carbono bidimensional de solo un átomo de espesor. Esta fuerte Se está investigando material conductor de electricidad para una amplia gama de aplicaciones, incluidos los dispositivos electrónicos donde el grafeno se coloca sobre un sustrato como la sílice. El uso del grafeno de esta manera puede crear dispositivos que son mucho más compactos que los componentes electrónicos convencionales. pero el tamaño pequeño tiene un costo:la corriente eléctrica que fluye a través del grafeno puede generar una gran cantidad de calor residual. Si este calor no se disipa en el sustrato, puede afectar el rendimiento y la longevidad de un dispositivo.
Zhun-Yong Ong y sus colegas del Instituto A * STAR de Computación de Alto Rendimiento han desarrollado el primer modelo teórico que predice con precisión la tasa de disipación de calor. Su estudio explotó la idea de que las vibraciones en la red cristalina, llamados fonones, llevar la mayor parte de este calor a través del límite, y la flexión de la hoja de grafeno afecta el comportamiento de estos fonones.
Los investigadores utilizaron su teoría para calcular la disipación de calor del grafeno, y un material bidimensional relacionado llamado disulfuro de molibdeno, en dos tipos de sustrato de sílice, a temperaturas de -268 a más de 120 grados centígrados.
En la forma más típica de sílice, un metro cuadrado de grafeno transfiere 34,6 megavatios de energía térmica por cada grado de aumento de temperatura (34,6 MWK -1 metro -2 ). Cuando se coloca una segunda capa de sílice sobre la hoja de grafeno, mejora drásticamente la transferencia de calor al sustrato debajo, hasta 105 MWK -1 metro -2 . Los investigadores vieron una tendencia similar en el disulfuro de molibdeno, y sugieren que la capa superior cambia la forma en que vibra la red de grafeno. Esto facilita que las vibraciones de baja frecuencia viajen al sustrato, llevando energía térmica con ellos.
"La transferencia de calor más eficiente es una ventaja para la prevención del sobrecalentamiento en nanoelectrónica, "dice Ong". Por otro lado, A veces se necesita calentamiento localizado para aplicaciones tales como dispositivos de memoria de cambio de fase, y por tanto, la rápida difusión del calor puede considerarse indeseable ".
La teoría podría ayudar a afinar las interacciones entre el grafeno y otros materiales, dice Ong:"Esta comprensión puede permitirnos optimizar la estructura y los materiales en el diseño de dispositivos a nanoescala 2D, para una disipación de calor más eficiente ".
Ong ha ampliado recientemente la teoría para tener en cuenta la disipación de calor de cristales 2D más complejos, y continúa perfeccionando el modelo.
