MADRID, 30 juny (EUROPA PRESS) -
Un estudi publicat a 'Science Advances' informa, per primera vegada, de la inesperada observació d'ones trmiques en germani, un material semiconductor. Aquest descobriment podria millorar significativament el rendiment dels dispositius electrnics en un futur no gaire lluny.
L'estudi est liderat per investigadors de l'Institut de Cincia de Materials de Barcelona (ICMAB-CSIC) en collaboració amb investigadors de la Universitat Autnoma de Barcelona (UAB) i de la Universitat de Cagliari.
La calor s'origina quan els toms vibren, i es transfereix per difusió, a temperatura ambient. Per desgrcia, la calor és bastant difícil de controlar, i les estratgies per manipular-ho resulten bastant ineficaces. Per exemple, és comú que s'acumulin grans quantitats de calor residual en ordinadors, telfons mbils i, en general, en la majoria dels dispositius electrnics.
No obstant aix, si la calor es transportés a través d'ones, com la llum, oferiria noves alternatives per poder-ho controlar, especialment grcies a les propietats úniques i intrínseques de les ones. Fins ara, les ones trmiques només s'havien observat en uns pocs materials, com en l'heli slid o, més recentment, en el grafit.
Ara, investigadors han presentat l'observació d'ones trmiques en germani slid, un material semiconductor utilitzat habitualment en electrnica, similar al silici, i a temperatura ambient.
"No espervem trobar aquests efectes ondulatoris, coneguts com a segon so, en aquest tipus de material, ni en aquestes condicions", afirma Sebastián Reparaz, investigador de l'ICMAB en el Grup de Materials Nanoestructurados per a l'Optoelectrnica i la Captació d'Energia (NANOPTO) i líder d'aquest estudi.
El descobriment es va produir en estudiar la resposta trmica d'una mostra de germani sota l'efecte d'un lser, produint una ona trmica oscilante d'alta freqüncia en la seva superfície.
Els experiments van demostrar que, contrriament al que es creia fins ara, la calor no es dissipava per difusió, sinó que es propagava en el material a través d'ones trmiques.
A part de l'observació en si, en l'estudi es desvetlla l'enfocament per aconseguir observar les ones trmiques, possiblement en qualsevol sistema material.
QU ÉS EL SEGON SO I COM POT OBSERVAR-SE
Observat per primera vegada en la dcada de 1960 en l'heli slid, el transport trmic a través d'ones, conegut com a segon so, ha estat un tema recurrent en la comunitat científica, que ha intentat demostrar repetidament la seva existncia en altres materials. Les recents demostracions reeixides d'aquest fenomen en el grafit han revitalitzat el seu estudi experimental.
"El segon so és el rgim trmic en el qual la calor pot propagar-se en forma d'ones trmiques, en lloc del rgim difusiu observat amb freqüncia. Aquest tipus de transport trmic en forma d'ona té moltes dels avantatges que ofereixen les ones, com la interferncia i la difracció", afirma Reparaz.
Segons explica l'investigador, aquests efectes ondulatoris es poden desbloquejar introduint el sistema en un camp de temperatura que varia rpidament. "En altres paraules, un camp de temperatura que varia rpidament fora la propagació de la calor en el rgim ondulatori", precisa Reparaz.
L'investigador assegura que la conclusió principal del treball és que aquests efectes ondulatoris podrien ser potencialment observats en la majoria dels materials a una freqüncia de modulació del camp de temperatura suficientment gran. "La seva observació no es limita a alguns materials específics, la qual cosa és molt interessant", diu.
APLICACIONS DEL SEGON SO EN UN FUTUR PROPER
"Les possibles aplicacions del segon so són illimitades", afirma Reparaz. No obstant aix, ser necessari conixer a fons les formes de controlar aquest rgim de propagació trmica en qualsevol material per aconseguir aplicar-les.
Poder controlar la propagació de la calor a través de les propietats de les ones obre noves vies per dissenyar les properes generacions de dispositius trmics, de forma similar als ja desenvolupaments i establerts per a la llum. "En concret, el rgim d'ones trmiques podria utilitzar-se per replantejar com tractem la calor residual", afegeix.
Des del punt de vista teric, "aquestes troballes permeten unificar el model teric actual, que fins ara considerava que els materials en els quals s'observava aquest tipus de comportament ondulatori (com el grafit) eren molt diferents dels materials semiconductors que s'utilitzen actualment en la fabricació de xips electrnics (com el silici i el germani)", afirma per la seva banda F. Xavier Álvarez, investigador de la UAB.
Segons aquest investigador, "ara tots aquests materials poden descriure's utilitzant les mateixes equacions". Aquesta observació estableix, per tant, un nou marc teric que permetr als científics, en un futur no gaire lluny, una millora significativa en el rendiment dels dispositius electrnics, conclou Álvarez.
