Los investigadores que trabajan en un proyecto del Ejército desarrollaron interruptores térmicos a nanoescala que son clave para la gestión térmica de dispositivos a nanoescala, refrigeración, almacenamiento de datos, computación térmica y gestión del calor de edificios.

El periódico Nanotecnología de la naturaleza publicó un estudio financiado por el Ejército de investigadores de la Universidad de Michigan que mostró por primera vez cómo se puede construir un interruptor térmico a nanoescala empleando efectos a nanoescala que surgen cuando el calor se transfiere entre una membrana caliente y fría de nanoescala de espesor a través de la radiación térmica.

En comparación con la amplia gama de dispositivos, como transistores y diodos que están disponibles para controlar el flujo de electricidad, Actualmente existen muy pocas propuestas para controlar el flujo de calor, especialmente a nanoescala. Para superar este desafío, los investigadores han estado explorando fenómenos a nanoescala que pueden permitir nuevos dispositivos térmicos funcionales.

"Es emocionante ver las inversiones del Ejército en investigación básica que conducen al descubrimiento de nuevos efectos y demostraciones de prueba de concepto de dispositivos térmicos novedosos, "dijo el Dr. Chakrapani Varanasi, un director de programa en la Oficina de Investigación del Ejército, un elemento del Laboratorio de Investigación del Ejército del Comando de Desarrollo de Capacidades de Combate del Ejército de EE. UU. "Estos hallazgos pueden tener un fuerte impacto en la gestión térmica de la computación de próxima generación para el ejército".

La estrategia de modernización de la red del Ejército está diseñada para permitirle luchar esta noche y al mismo tiempo buscar activamente soluciones de próxima generación para adelantarse a los adversarios potenciales.

Un descubrimiento de 2018 del equipo de investigación, que destacó cómo el calor se transporta en direcciones preferenciales desde membranas a nanoescala, dirigió la Dra. Dakotah Thompson, el autor principal del estudio de 2018, para comenzar a explorar posibles aplicaciones.

“Después de pensarlo un poco, se nos hizo evidente que potencialmente podríamos crear un interruptor térmico controlando las propiedades de emisión de las nanomembranas al llevar un tercer objeto muy cerca de la nanomembrana, "dijo el Dr. Edgar Meyhofer, profesor de ingeniería mecánica en la Universidad de Michigan.

Para probar esta hipótesis, Thompson desarrolló un esquema en el que un objeto plano se puede acercar (micrones) a dos membranas coplanar que intercambian calor.

"Para lograr este desafiante objetivo, Nanofabricado ambos dispositivos colorimétricos suspendidos que tenían una resolución calorimétrica sin precedentes y un objeto plano en forma de mesa, y controló la separación entre ellos utilizando un nanoposicionador desarrollado a medida, "Dijo Thompson.

A partir de estos experimentos, los autores pudieron demostrar que la transferencia de calor entre membranas a nanoescala se puede activar y desactivar simplemente modificando la separación entre las membranas y la mesa plana.

Para hacer predicciones numéricas precisas de las observaciones experimentales, Dr. Linxiao Zhu, un becario postdoctoral en Michigan, y Thompson realizaron cálculos detallados que mostraron cómo las observaciones se pueden relacionar cuantitativamente con cómo la propagación de la luz, que es el portador del calor, de una membrana a otra se ve obstaculizada por la mesa plana que puede absorber la luz que se propaga entre las membranas o reflejarla lejos de las membranas.