El calor rompe las reglas a escala nano: unas diminutas estructuras de oro multiplican por cuatro su transferencia y prometen enfriar mejor los chips
Cuando se analiza el calor en nanopartículas, la cosa cambia.
¿Como es el calor a nanoescala? En España, el calor es algo que nos encontramos a diario: una taza de café se enfría gradualmente, un ordenador portátil se calienta durante su uso y la luz del sol calienta la superficie terrestre. Pero todo cambia cuando se analiza el calor a distancias mucho más pequeñas.
Según Science Daily, los investigadores de la Universidad Carnegie Mellon, en colaboración con las universidades de Stanford y Purdur, han demostrado un nuevo y potente método para controlar el calor a nanoescala.
Sus hallazgos, publicados también en la revista Nature, aportan "sólidas pruebas experimentales" de que la transferencia de calor puede trasformarse y mejorarse "significativamente" mediante materiales especialmente diseñados.
La investigación se centra en un fenómeno conocido como "transferencia de calor radiativa de campo cercano". Cuando dos objetos están separados por una distancia extremadamente pequeña, de tan solo unos cientos de nanómetros, el calor puede viajar entre ellos de forma "mucho más eficiente" que en condiciones normales. Este proceso permite que fluya mucho más calor de un objeto a otro de lo que cabría esperar normalmente.
Los científicos conocen este efecto desde hace años, pero demostrar cómo potenciar sus poderes sigue siendo un reto. Para aprovechar este fenómeno natural, los investigadores recurrieron a los metamateriales: contienen estructuras microscópicas repetitivas diseñadas para interactuar con la energía de maneras altamente controladas.
"A diferencia de los materiales convencionales, los metamateriales se construyen con patrones diminutos y repetitivos que interactúan con la energía de forma precisa", explica Sheng Shen, autor principal del estudio en cuestión.
Pero, ¿cómo trabajan con estos diminutos materiales? "Creamos patrones de microestructuras de oro sobre membranas delgadas y las colocamos frente a frente a través de un espacio a nanoescala. Esto aumenta la transferencia de calor hasta cuatro veces en comparación con configuraciones similares sin metamateriales, lo cual supera con creces lo que la física tradicional predice a mayores distancias", agrega.
Este descubrimiento podría tener importantes aplicaciones prácticas. A medida que los dispositivos electrónicos se vuelven más pequeños y potentes, eliminar el exceso de calor se ha convertido en uno de los desafíos de ingeniería más importantes. Una mayor capacidad para dirigir y controlar el calor podría conducir a mejores métodos de refrigeración para chips de ordenador y otros sistemas electrónicos de alto rendimiento.
