Nanotecnologia

Calor propaga-se em ondas no grafeno

Calor propaga-se em ondas no grafeno
O calor se propaga como uma onda por longas distâncias no grafeno e em outros materiais bidimensionais.[Imagem: EPFL/Andrea Cepellotti]

Difusão do calor

Em 2013, físicos descobriram que, em condições muito especiais, próximas ao zero absoluto, o calor pode se espalhar na forma de uma onda.

O processo tradicional e bem conhecido de dissipação do calor é a difusão, mas a propagação do calor na forma de uma onda é um processo virtualmente sem perda - uma espécie de "supercondução de calor".

Agora, pesquisadores suíços descobriram que o calor se propaga na forma de ondas também no grafeno - mas a temperatura ambiente.

E Andrea Cepellotti e seus colegas do Instituto Politécnico Federal de Lausanne acreditam que o mesmo comportamento é válido para outros materiais bidimensionais, como a molibdenita e o siliceno.

Esta pode ser a solução para o resfriamento rápido dos chips em geral e dos processadores de computador em particular, estacionados em termos de velocidade há vários anos por causa do problema do calor.

Calor propaga-se em ondas no grafeno
Descobertas recentes sobre o calor - sobretudo o fenômeno da retificação térmica - está levando ao desenvolvimento da chamada "eletrônica do calor". [Imagem: Purdue University]

Propagação do calor em ondas

Geralmente o calor se propaga em um material através da vibração dos átomos - essas vibrações são chamadas "fônons".

Conforme o calor se propaga por um material tridimensional, esses fônons colidem uns com os outros, unindo-se ou se dividindo, o que limita a condutividade do calor ao longo do caminho. Somente quando a temperatura chega próxima ao zero absoluto é possível observar a transferência de calor quase sem perda.

Mas a situação parece ser muito diferente nos materiais bidimensionais, como o grafeno. Na propagação do calor em formas de onda - que está sendo conhecida como "segundo som", pela similaridade com as ondas de som - todos os fônons viajam juntos por longos trechos, sem se chocar.

"Nós demonstramos que o transporte termal é descrito por ondas, não apenas no grafeno, mas também em outros materiais que ainda não foram estudados," disse Cepellotti. "Esta é uma informação tremendamente valiosa para os engenheiros, que poderão projetar futuros componentes eletrônicos usando algumas das propriedades desses novos materiais bidimensionais."

Bibliografia:

Phonon hydrodynamics in two-dimensional materials
Andrea Cepellotti, Giorgia Fugallo, Lorenzo Paulatto, Michele Lazzeri, Francesco Mauri, Nicola Marzari
Nature Communications
Vol.: 6, Article number: 6400
DOI: 10.1038/ncomms7400




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