Francis en Trending Ciencia: Nanotermómetros

Dibujo20130616 Nanoscale thermocouple probes and atomic and molecular junctions

Ya puedes escuchar mi nuevo podcast sobre Física para Trending Ciencia siguiendo este enlace. Como siempre una transcripción del audio, enlaces a los artículos técnicos y algunas imágenes.

Un artículo publicado el pasado 13 de junio en la revista Nature, entre cuyos autores se encuentran Juan Carlos Cuevas y Linda Angela Zotti, investigadores del Departamento de Física Teórica de la Materia Condensada de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM). Junto a otros colegas de la Universidad de Michigan (EEUU) han estudiado la disipación de calor en nanodispositivos utilizando un dispositivo de medida que podemos bautizar sin rubor como nanotermómetro. El nuevo termómetro a escala nanométrica es una sonda en forma de punta, similar a la utilizada en un microscopio por efecto túnel, capaz de medir la cantidad de calor disipado en un nanocircuito formado por átomos y moléculas individuales. Estudiar la disipación de calor en los nanocircuitos tales como nanocables semiconductores, heteroestructuras semiconductoras, nanotubos de carbono, grafeno y muchos otros es fundamental para el futuro desarrollo de la nanoelectrónica. Por ello, el nuevo nanotermómetro es un avance realmente espectacular.

El artículo técnico es Woochul Lee et al., “Heat dissipation in atomic-scale junctions,” Nature 498: 209–212, 13 Jun 2013. Más información en español en UAM, “Esclarecen cómo se disipa el calor en dispositivos nanotecnológicos,” SINC, 12 jun 2013.

Dibujo20130616 Experimentally estimating the thermal time of the NTISTP

Supongo que ya sabrás que el trasporte de electricidad por un cable o por un circuito eléctrico viene acompañado del calentamiento del cable o del circuito. El transporte de carga eléctrica siempre lleva asociada la disipación de calor por efecto Joule, descubierto en 1841 por el físico inglés James Prescott Joule, uno de los padres de la Termodinámica. Este efecto describe el calentamiento de un conductor por el que pasa una corriente eléctrica. En nuestros hogares hay muchos dispositivos basados en el efecto Joule, como secadores de pelo, calentadores de agua, incluso las bombillas de filamento se calientan por este efecto. El origen del efecto Joule son las colisiones de los electrones contra los iones de la estructura cristalina del material que atraviesan a su paso. El calor es el movimiento de estos iones respecto a sus posiciones de equilibrio y como este movimiento es acelerado por la interacción con los electrones, el conductor se calienta.

Todos los circuitos electrónicos se calientan y por ello los ordenadores requieren aletas de disipación de calor, ventiladores y otros sistemas de refrigeración. En los dispositivos a escala nanométrica el calor se disipa mediante la excitación de fonones, el modelo cuántica de las vibraciones de la estructura cristalina del material. Los autores del nuevo artículo publicado en Nature, entre ellos el español Juan Carlos Cuevas de la Universidad Autónoma de Madrid, han desarrollado unos nanotermómetros están formados por un electrodo recubierto en su exterior por una capa de oro conectada a un termopar de oro-cromo mediante una película delgada (de unos 70 nanómetros) de nitruro de silicio. A partir de la corriente medida en el termopar se puede inferir la cantidad de calor transferido en la punta del nanotermómetro cuando ésta se acerca al nanodispositivo que se esté estudiando.

Dibujo20130616 Nanoscale thermocouple probes

Si el microscopio de efecto túnel revolucionó nuestra visión del mundo en la nanoescala, el nuevo nanotermómetro promete revolucionar nuestra comprensión de la disipación de calor en átomos y moléculas. Más aún, también demuestra el buen estado de la nanotecnología y de las nanociencias en general en España.

Coda final. Si aún no has escuchado el audio de mi podcast sobre Física para Trending Ciencia sigue este enlace.

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3 pensamientos en “Francis en Trending Ciencia: Nanotermómetros

    • SantaKlaus, los detalles del procedimiento de fabricación los tienes en la información suplementaria del artículo (de acceso gratuito). Se ha utilizado una técnica de deposición química de vapor (CVD) que combina bajas presiones y bajos esfuerzos (LPCVD) y mejoras con plasmas (PECVD), según la capa depositada; hoy en día estas técnicas son muy convencionales. La siguiente imagen te lo ilustra.

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