Ya ha sentido el calor antes:el teléfono inteligente que se calienta mientras ejecuta una aplicación de navegación o la computadora portátil que se calienta demasiado para su regazo.

El calor producido por los dispositivos electrónicos hace más que molestar a los usuarios. Los huecos y grietas inducidos por el calor pueden hacer que fallen los chips y los circuitos.

Ahora, un equipo de ingeniería dirigido por Stanford ha desarrollado una forma de no solo gestionar el calor, pero ayude a alejarlo de dispositivos delicados. Escribiendo en Comunicaciones de la naturaleza , los investigadores describen un transistor térmico, un interruptor a nanoescala que puede alejar el calor de los componentes electrónicos y aislarlos de sus efectos dañinos.

"El desarrollo de un transistor térmico práctico podría cambiar las reglas del juego en la forma en que diseñamos la electrónica, "dijo el autor principal Kenneth Goodson, profesor de ingeniería mecánica.

Los investigadores llevan años intentando desarrollar interruptores de calor. Los transistores térmicos anteriores demostraron ser demasiado grandes, demasiado lento y no lo suficientemente sensible para un uso práctico. El desafío ha sido encontrar una tecnología a nanoescala que pudiera activarse y desactivarse repetidamente, tienen un gran contraste de conmutación de calor a frío y no tienen partes móviles.

Con la ayuda del ingeniero eléctrico Eric Pop y el científico de materiales Yi Cui, El equipo de Goodson superó estos obstáculos comenzando con una fina capa de disulfuro de molibdeno, un cristal semiconductor que está formado por láminas de átomos en capas. Solo 10 nanómetros de grosor y efectivos a temperatura ambiente, este material podría integrarse en la electrónica actual, un factor crítico para hacer que la tecnología sea práctica.

Para convertir este semiconductor conductor de calor en un interruptor similar a un transistor, los investigadores bañaron el material en un líquido con muchos iones de litio. Cuando se aplica una pequeña corriente eléctrica al sistema, los átomos de litio comienzan a infundirse en las capas del cristal, cambiando sus características conductoras de calor. A medida que aumenta la concentración de litio, el transistor térmico se apaga. Trabajando con el grupo de Davide Donadio en la Universidad de California, Davis, los investigadores descubrieron que esto sucede porque los iones de litio separan los átomos del cristal. Esto hace que sea más difícil que pase el calor.

Aditya Sood, becario postdoctoral con Goodson y Pop y co-primer autor del artículo, comparó el transistor térmico con el termostato de un automóvil. Cuando el carro esta frio el termostato está apagado, evitar que el refrigerante fluya, y el motor retiene el calor. A medida que el motor se calienta, el termostato se abre y el refrigerante comienza a moverse para mantener el motor a una temperatura óptima. Los investigadores prevén que los transistores térmicos conectados a chips de computadora se encenderían y apagarían para ayudar a limitar el daño por calor en dispositivos electrónicos sensibles.

Además de permitir el control dinámico del calor, Los resultados del equipo brindan nuevos conocimientos sobre las causas de las fallas de las baterías de iones de litio. Como los materiales porosos de una batería se impregnan de litio, impiden el flujo de calor y pueden hacer que las temperaturas se disparen. Pensar en este proceso es crucial para diseñar baterías más seguras.

En un futuro más lejano, los investigadores imaginan que los transistores térmicos podrían disponerse en circuitos para calcular utilizando lógica térmica, tanto como los transistores semiconductores calculan usando electricidad. Pero mientras está emocionado por el potencial de controlar el calor a nanoescala, los investigadores dicen que esta tecnología es comparable a donde estaban los primeros transistores electrónicos hace unos 70 años, cuando ni siquiera los inventores podían imaginarse plenamente lo que habían hecho posible.

"Por primera vez, sin embargo, un práctico transistor térmico a nanoescala está al alcance, "Dice Goodson.