Calor se propagando em ondas é descoberto em semicondutores

Redação do Site Inovação Tecnológica - 19/07/2021

O calor se propagando em ondas em um semicondutor traz novo alento para evitar que os eletrônicos esquentem - entre muitas outras possibilidades.
[Imagem: Albert Beardo et al. - 10.1126/sciadv.abg4677]

Ondas termais

A descoberta de que o calor pode se espalhar na forma de uma onda é muito recente - o fenômeno, também conhecido como segundo som, foi demonstrado em 2013.

Mais surpreendente é que as ondas térmicas acabam de ser identificadas no germânio, o material semicondutor mais utilizado depois do silício.

A ocorrência desse curioso fenômeno - é uma espécie de "supercondução" do calor - em um material tão utilizado promete nada menos do que uma melhora significativa no desempenho dos nossos dispositivos eletrônicos em um futuro próximo.

Transmissão do calor por ondas

O calor origina-se da vibração dos átomos e se transfere por espalhamento (difusão) à temperatura ambiente, por meio das quasipartículas chamadas fônons.

Infelizmente, é bastante difícil controlá-lo, o que explica, por exemplo, porque grandes quantidades de calor residual podem se acumular em nossos computadores, telefones celulares, motores de automóveis e na grande maioria dos aparelhos tecnológicos e mecânicos.

No entanto, se o calor for transportado por ondas, como a luz, isso abre novas alternativas para seu controle, especialmente por meio das propriedades únicas e intrínsecas das ondas. Acontece que as ondas térmicas foram observadas até hoje apenas em poucos materiais, como no hélio sólido ou, mais recentemente, no grafeno e no grafite.

Na "supercondutividade termal", o calor flui como uma onda, e não por difusão.
[Imagem: IQOQI/Ritsch]

Agora, pesquisadores espanhóis observaram ondas térmicas no germânio sólido à temperatura ambiente.

"Não era esperado encontrar esses efeitos ondulatórios, conhecidos como segundo som, neste tipo de material e nessas condições," disse Sebastián Reparaz, do Instituto de Ciência dos Materiais de Barcelona.

A observação do segundo som ocorreu quando a equipe estudava a resposta térmica de uma amostra de germânio sob o efeito de lasers, produzindo uma onda de aquecimento oscilante de alta frequência na superfície do semicondutor. Os experimentos mostraram que, ao contrário do que se acreditava até então, o calor não se dissipa por difusão, mas se propaga no material por meio de ondas térmicas.

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Aplicações das ondas térmicas

O transporte térmico tipo onda tem muitas das vantagens oferecidas pelas ondas, como interferência e difração, sendo que já temos inúmeras tecnologias não apenas para lidar com elas, mas também para tirar proveito dessas "ondas de calor". "As possíveis aplicações do segundo som são ilimitadas," destacou Reparaz.

Tornar realidade essas aplicações, no entanto, exigirá um conhecimento mais profundo sobre as maneiras de acionar esse regime de propagação térmica em qualquer material.

Mas o esforço vale a pena, porque ser capaz de controlar a propagação do calor através das propriedades das ondas abre novas maneiras de projetar as próximas gerações de dispositivos térmicos, de forma semelhante aos desenvolvimentos já estabelecidos para a luz. "Especificamente, o regime termal do segundo som poderia ser usado para repensar a forma como lidamos com o calor residual," acrescentou o pesquisador.

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