Circuitos térmicos: Fluxo de calor é controlado usando campo elétrico

Redação do Site Inovação Tecnológica - 26/12/2024

A técnica configura a condutividade térmica no próprio material de modo duradouro.
[Imagem: Noa Varela-Domínguez et al. - 10.1002/adma.202413045]

Controle do fluxo de calor

Pesquisadores espanhóis descobriram como controlar um fluxo de calor usando eletricidade, um avanço que pode virar o jogo do gerenciamento de calor na microeletrônica, abrindo caminho para componentes que possam controlar a dissipação do calor que eles próprios geram.

O superaquecimento em dispositivos eletrônicos afeta seu funcionamento e sua durabilidade. Um dos grandes desafios é gerir de forma eficiente o calor gerado no interior dos próprios componentes e circuitos integrados, o que exige controlar a condutividade térmica dos materiais de que eles são feitos.

Embora a corrente elétrica possa ser facilmente manipulada nos materiais eletrônicos convencionais, o calor apresenta um desafio diferente: os fônons, as partículas que transportam calor em sólidos cristalinos, não têm carga elétrica e nem momento magnético, o que torna muito difícil lidar com eles.

Mas Noa Domínguez e colegas da Universidade de Santiago de Compostela demonstraram agora que é possível criar circuitos termais em uma família de óxidos de ferro e cobalto.

A equipe conseguiu criar circuitos por onde o calor flui de modo controlado, efetivamente regulando o fluxo de calor em áreas altamente localizadas desses materiais. "Com esta técnica, conseguimos reduzir em até 50% a condutividade térmica em regiões micrométricas de diversos materiais," contou o professor Francisco Rivadulla.

A técnica funcionou em vários materiais de importância tecnológica.
[Imagem: Noa Varela-Domínguez et al. - 10.1002/adma.202413045]

Eletrônica do calor

Usando uma técnica similar a uma gravação muito precisa, os pesquisadores usaram a ponta de um microscópio de força atômica para aplicar um campo elétrico altamente localizado à superfície do material, formando padrões micrométricos com condutividade térmica definida.

"Ao aplicar o campo elétrico, conseguimos controlar a concentração local de íons de oxigênio no material. Esses íons atuam como barreiras à propagação dos fônons, determinando a condutividade térmica do material," detalha Marcel Claro, membro da equipe.

A equipe demonstrou que a criação de zonas alternadas de diferentes estados termais não apenas cria vias por onde o calor flui, como também que essas vias são estáveis ao longo do tempo.

"As áreas com condutividade térmica reduzida permanecem estáveis nas condições ambientais, mas podem ser revertidas com um leve aquecimento no ar. Isso permite que o material seja reaproveitado, repetindo o processo de modificação da condutividade térmica quantas vezes forem necessárias, preservando a funcionalidade dos dispositivos através de vários ciclos," disse Domínguez.

O objetivo da equipe é desenvolver sistemas capazes de controlar o fluxo de calor em estruturas nas escalas micro e nano com a mesma eficiência com que os circuitos elétricos controlam a corrente. Neste contexto, os transístores térmicos, capazes de regular o transporte de calor em resposta a estímulos elétricos, deverão desempenhar um papel fundamental na próxima geração de dispositivos, incluindo aqueles baseados na fonônica, ou eletrônica do calor.

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