Mover calor como onda resfria eletrônicos instantaneamente

Redação do Site Inovação Tecnológica - 29/04/2025

Nova técnica ultrarrápida de resfriamento retira o calor como uma onda.
[Imagem: William Hutchins et al. - 10.1038/s41563-025-02154-5]

Tirando calor instantaneamente

Foi só em 2019 que descobrimos que o calor pode se mover como uma onda, o que abriu a possibilidade de esfriar as coisas de modo praticamente instantâneo.

Logo a seguir, pesquisadores conseguiram demonstrar o calor se propagando em ondas em semicondutores, o que abriu a possibilidade de evitar que os aparelhos eletrônicos superaqueçam e se tornem energeticamente mais eficientes, seja economizando energia nas centrais de dados ou baterias dos celulares.

William Hutchins e colegas da Universidade da Virgínia, nos EUA, se voltaram justamente para essa área, e decidiram trabalhar com o nitreto de boro hexagonal (hBN), também conhecido como "grafeno branco", um material emergente que já foi usado para criar sinapses artificiais para computadores neuromórficos e até qubits para computadores quânticos.

A equipe descobriu como fazer com que o calor mova-se pelo hBN como se fosse um facho de luz, evitando os gargalos habituais que fazem os componentes eletrônicos superaquecerem.

"Estamos repensando o modo como lidamos com o calor," disse o professor Patrick Hopkins. "Em vez de deixá-lo ir embora lentamente, estamos direcionando-o."

A etiqueta Au-hBN mostra o nível de velocidade de remoção do calor alcançado com os materiais usados pela equipe.
[Imagem: William Hutchins et al. - 10.1038/s41563-025-02154-5]

Calor espalhando-se como onda

Atualmente, os sistemas de resfriamento dos eletrônicos dependem de dissipadores metálicos, ventiladores e resfriamento líquido, mas esses métodos ocupam espaço e usam energia extra. Além disso, se eles não conseguirem esfriar tudo rápido o suficiente, os aparelhos ficam mais lentos, perdem eficiência ou até pifam.

Esta nova linha de pesquisa oferece uma alternativa revolucionária: Em vez de depender de vibrações térmicas lentas, chamadas fônons, o calor move-se em ondas por meio de quasipartículas híbridas, chamadas fônons-polaritons hiperbólicos (HPhPs), que formam ondas especiais que transportam o calor a velocidades extraordinárias.

Normalmente, o calor em componentes eletrônicos se espalha como ondulações em um lago, dissipando-se para fora, mas perdendo energia ao longo do caminho. Em contraste, o novo método transforma o calor em ondas estreitamente canalizadas que viajam com eficiência por longas distâncias, mais como um trem de alta velocidade correndo ao longo dos trilhos.

A equipe conseguiu isso aquecendo uma pequena pastilha de ouro sobre o hBN (nitreto de boro hexagonal). Em vez de o calor se espalhar lentamente, ele excitou as propriedades únicas do material, transformando a energia em ondas polaritônicas de movimento rápido que instantaneamente transportaram o calor para longe da interface entre o ouro e o hBN.

"Este método é incrivelmente rápido", disse Hutchins. "Estamos observando o calor se mover de maneiras que não se imaginava serem possíveis em materiais sólidos. É uma maneira completamente nova de controlar a temperatura em nanoescala."

"Esta descoberta pode mudar a maneira como projetamos tudo, de processadores a naves espaciais," concluiu o professor Hopkins.

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