Investigadores de la Universidad Metropolitana de Tokio han encontrado nuevas formas de controlar cómo fluye el calor a través de materiales delgados apilando capas atómicamente delgadas de átomos en heteroestructuras de van der Waals. Al comparar diferentes pilas de diferentes materiales, o incluso el mismo material después del tratamiento térmico, descubrieron que el acoplamiento débil y la falta de coincidencia entre las capas ayudaron a reducir significativamente el transporte de calor. Su hallazgo promete un control sensible del flujo de calor a nanoescala en dispositivos termoeléctricos.

El calor está en todas partes y fluye. El calor en los lugares equivocados también puede ser dañino. Los ejemplos incluyen el sobrecalentamiento de la electrónica, ya que los microchips producen más calor del que pueden alejar mientras realizan tareas informáticas intensivas. Esto puede dañar o reducir gravemente la vida útil de los dispositivos electrónicos, lo que hace que el control del flujo de calor a nanoescala sea una preocupación apremiante para la sociedad moderna.

Un equipo dirigido por el profesor Kazuhiro Yanagi de la Universidad Metropolitana de Tokio ha estado trabajando en formas de producir y manipular capas ultrafinas de una clase de materiales conocidos como dicalcogenuros de metales de transición. Aquí, tomaron capas de disulfuro de molibdeno y diseleniuro de molibdeno de un solo átomo de espesor y las apilaron juntas en capas de cuatro (películas 4L). Las capas podrían acoplarse entre sí de diferentes maneras. La forma suave y única del equipo de transferir grandes láminas delgadas de un solo átomo les permitió crear pilas de capas unidas por fuerzas de van der Waals. También podrían estar fuertemente ligados por técnicas más convencionales, específicamente la deposición química de vapor (CVD). Esto da lugar a una serie de permutaciones sobre cómo se pueden unir las capas aisladas y, potencialmente, controlar cómo pasa el calor a través de ellas.

Mediante el uso de una técnica de recubrimiento especial, pudieron detectar cómo cantidades minúsculas de calor fluían a través de estas pilas con bastante precisión. En primer lugar, encontraron que las capas fuertemente unidas por CVD dejan pasar significativamente más calor que sus contrapartes unidas de forma suelta. Este efecto podría revertirse parcialmente mediante el recocido de capas débiles, fortaleciendo la unión y mejorando el transporte de calor. Además, compararon pilas de cuatro capas de sulfuro de molibdeno con una estructura similar a una "lasaña" hecha de capas alternas de sulfuro de molibdeno y seleniuro de molibdeno. Tales heteroestructuras tenían un desajuste estructural artificial entre las capas adyacentes de átomos que conducía a niveles significativamente más bajos de transferencia de calor, más de 10 veces menos que con capas fuertemente unidas.

Los hallazgos del equipo no solo demuestran un nuevo desarrollo técnico, sino que proporcionan reglas generales de diseño sobre cómo se puede controlar cómo fluye el calor a nanoescala, ya sea que desee más o menos flujo. Estos conocimientos conducirán al desarrollo de aisladores ultradelgados y ultraligeros, así como a nuevos materiales termoeléctricos, en los que el calor podría canalizarse de forma eficaz para convertirlo en electricidad. + Explora más

El material inusual podría mejorar la confiabilidad de la electrónica y otros dispositivos