Calor mostra comportamento surpreendente em escala atômica

Redação do Site Inovação Tecnológica - 04/07/2013

Em um nanofio em escala molecular, o calor se concentra em um dos lados, deixando o outro frio.
[Imagem: Pramod Reddy Lab]

Calor atômico

Depois de descobrir que, em nanoescala, a energia pode ser transportada diretamente do frio para o calor, pesquisadores agora verificaram que o calor pode nem mesmo se espalhar.

Quando uma corrente elétrica atravessa um material que conduz eletricidade, há uma certa resistência do material que resulta na geração de calor - isso só não acontece nos supercondutores.

Embora a geração de calor em circuitos maiores seja um fenômeno bem compreendido, a física clássica não consegue descrever a relação entre calor e eletricidade no limite da escala, na nanoescala, onde os componentes envolvidos têm cerca de um nanômetro de tamanho, sendo formados por apenas alguns átomos.

No mundo tangível, em macroescala, quando a eletricidade passa por um fio, o fio inteiro se aquece, assim como todos os eletrodos ao longo do circuito.

Agora, novas tecnologias de medição estão permitindo ver que não é nada disso que ocorre em nanoescala.

Quando o "fio" é uma molécula de escala nanométrica, conectando apenas dois eletrodos, a temperatura sobe predominantemente em apenas um deles.

"Em um dispositivo em escala atômica, todo o aquecimento fica concentrado em um lugar," explica Pramod Reddy, da Universidade de Michigan, nos Estados Unidos.

Teoria de Landauer

Entender de antemão onde a temperatura vai subir em um sistema eletrônico pode ser uma ajuda sem paralelo para os engenheiros que querem projetar computadores, telefones celulares e dispositivos médicos confiáveis e de alto desempenho.

Essa nova informação é essencial não apenas no processo normal de miniaturização da eletrônica tradicional, que já está partindo para o uso de nanofios, como também da eletrônica molecular e dos aparatos usados na computação quântica.

"A coisa mais importante é entender a relação entre o calor dissipado e a estrutura eletrônica do dispositivo, sem o que você não vai conseguir alcançar a escala atômica. Este trabalho dá pistas sobre isso pela primeira vez.

"Os resultados deste trabalho atestam firmemente a validade de uma teoria de dissipação de calor originalmente proposta por Rolf Landauer, um físico da IBM.

"Além disso, os insights obtidos neste trabalho também permitem uma compreensão mais profunda da relação entre a dissipação de calor e fenômenos termoelétricos em escala atômica - a conversão de calor em eletricidade," conclui o pesquisador.

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