A medida que los productos electrónicos de consumo se vuelven cada vez más compactos y al mismo tiempo cuentan con una mayor potencia de procesamiento, la necesidad de gestionar el calor residual de los microcircuitos se ha convertido en una preocupación importante.

Algunos instrumentos científicos y máquinas a nanoescala requieren una cuidadosa consideración de cómo se desviará el calor localizado del dispositivo para evitar daños.

Se produce cierto enfriamiento cuando el calor se irradia en forma de ondas electromagnéticas, de forma similar a cómo la energía del sol llega a la Tierra a través del vacío del espacio. Sin embargo, la tasa de transferencia de energía puede ser demasiado lenta para proteger el rendimiento de circuitos electrónicos integrados sensibles y densamente empaquetados.

Para que se desarrolle la próxima generación de dispositivos, es posible que sea necesario establecer enfoques novedosos para abordar este problema de la transmisión de calor.

En un estudio publicado recientemente en la revista Physical Review Letters , investigadores del Instituto de Ciencias Industriales de la Universidad de Tokio, demostraron cómo la tasa de transferencia de calor radiativo se puede duplicar entre dos placas de silicio a microescala separadas por un pequeño espacio.

La clave fue utilizar una capa de dióxido de silicio que creó un acoplamiento entre las vibraciones térmicas de la placa en la superficie (llamadas fonones) y los fotones (que forman la radiación).

"Pudimos demostrar teórica y experimentalmente cómo se excitaban ondas electromagnéticas en la interfaz de la capa de óxido, lo que mejoraba la velocidad de transferencia de calor", afirma el autor principal del estudio, Saeko Tachikawa.

El pequeño tamaño de las capas en comparación con las longitudes de onda de la energía electromagnética y su unión a la placa de silicio, que transporta la energía sin pérdidas, permitió que el dispositivo superara los límites normales de transferencia de calor y, por tanto, se enfriara más rápido.

Dado que la microelectrónica actual ya se basa en el silicio, los resultados de esta investigación podrían integrarse fácilmente en futuras generaciones de dispositivos semiconductores.

"Nuestro trabajo proporciona información sobre posibles estrategias de gestión de la disipación de calor en la industria de los semiconductores, junto con otros campos relacionados, como la fabricación de nanotecnología", afirma el autor principal, Masahiro Nomura.

La investigación también ayuda a establecer una mejor comprensión fundamental de cómo funciona la transferencia de calor a nivel de nanoescala, ya que todavía es un área de investigación activa.