El flujo de calor a nanoescala juega un papel crucial en muchas aplicaciones electrónicas y optoelectrónicas modernas, como la gestión térmica, fotodetección, termoeléctrica y comunicación de datos. Los materiales en capas bidimensionales podrían desempeñar un papel en muchas de estas aplicaciones. Quizás incluso más prometedoras son las llamadas heteroestructuras de van der Waals, que constan de diferentes materiales bidimensionales en capas apilados uno encima del otro. Estas pilas pueden consistir en materiales con propiedades físicas dramáticamente diferentes, mientras que las interfaces entre ellos son ultra limpias y atómicamente nítidas.

Científicos del buque insignia europeo del grafeno, dirigido por investigadores del ICFO, han observado recientemente la forma en que se produce el transporte de calor en las chimeneas de van der Waals, que consisten en grafeno encapsulado por el material dieléctrico bidimensional hexagonal BN (hBN).

En un estudio publicado en Nanotecnología de la naturaleza titulado "Transferencia de calor fuera del plano en pilas de van der Waals a través del acoplamiento de fonón hiperbólico de electrones, "Investigadores del ICFO, en colaboración con investigadores de los Países Bajos, Italia, Alemania, y Reino Unido, han identificado un efecto muy sorprendente:en lugar de permanecer dentro de la hoja de grafeno, el calor fluye realmente a las hojas de hBN circundantes. Este proceso de transferencia de calor fuera del plano ocurre en una escala de tiempo ultrarrápida de picosegundos (una millonésima de millonésima de segundo), y, por lo tanto, es dominante sobre los procesos de transferencia de calor competidores (en el plano).

El proceso de transferencia de calor se produce a través de electrones de grafeno calientes (generados experimentalmente por luz incidente) que se acoplan a fonón-polaritones hiperbólicos en las hojas de hBN. Estos fonón-polaritones se propagan dentro del hBN como lo hace la luz en una fibra óptica, pero en este caso, para longitudes de onda infrarrojas ya escala nanométrica. Resulta que estos exóticos modos hiperbólicos son muy eficientes para llevar el calor.

Los resultados de este trabajo podrían tener implicaciones de gran alcance para muchas aplicaciones basadas en grafeno encapsulado en hBN. a veces conocida como la plataforma de grafeno de próxima generación, debido a sus propiedades eléctricas superiores. En particular, proporcionará dirección al diseño de dispositivos optoelectrónicos, donde estos procesos de flujo de calor pueden explotarse a fondo.