Calor se propagando em ondas descoberto em semicondutores

Eletrnica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 19/07/2021

Ondas termais

A descoberta de que o calor pode se espalhar na forma de uma onda muito recente – o fenmeno, tambm conhecido como segundo som, foi demonstrado em 2013.

Mais surpreendente que as ondas trmicas acabam de ser identificadas no germnio, o material semicondutor mais utilizado depois do silcio.

A ocorrncia desse curioso fenmeno – uma espcie de “superconduo” do calor – em um material to utilizado promete nada menos do que uma melhora significativa no desempenho dos nossos dispositivos eletrnicos em um futuro prximo.

Transmisso do calor por ondas

O calor origina-se da vibrao dos tomos e se transfere por espalhamento (difuso) temperatura ambiente, por meio das quasipartculas chamadas fnons.

Infelizmente, bastante difcil control-lo, o que explica, por exemplo, porque grandes quantidades de calor residual podem se acumular em nossos computadores, telefones celulares, motores de automveis e na grande maioria dos aparelhos tecnolgicos e mecnicos.

No entanto, se o calor for transportado por ondas, como a luz, isso abre novas alternativas para seu controle, especialmente por meio das propriedades nicas e intrnsecas das ondas. Acontece que as ondas trmicas foram observadas at hoje apenas em poucos materiais, como no hlio slido ou, mais recentemente, no grafeno e no grafite.

Na “supercondutividade termal”, o calor flui como uma onda, e no por difuso.
[Imagem: IQOQI/Ritsch]

Agora, pesquisadores espanhis observaram ondas trmicas no germnio slido temperatura ambiente.

“No era esperado encontrar esses efeitos ondulatrios, conhecidos como segundo som, neste tipo de material e nessas condies,” disse Sebastin Reparaz, do Instituto de Cincia dos Materiais de Barcelona.

A observao do segundo som ocorreu quando a equipe estudava a resposta trmica de uma amostra de germnio sob o efeito de lasers, produzindo uma onda de aquecimento oscilante de alta frequncia na superfcie do semicondutor. Os experimentos mostraram que, ao contrrio do que se acreditava at ento, o calor no se dissipa por difuso, mas se propaga no material por meio de ondas trmicas.

Aplicaes das ondas trmicas

O transporte trmico tipo onda tem muitas das vantagens oferecidas pelas ondas, como interferncia e difrao, sendo que j temos inmeras tecnologias no apenas para lidar com elas, mas tambm para tirar proveito dessas “ondas de calor”. “As possveis aplicaes do segundo som so ilimitadas,” destacou Reparaz.

Tornar realidade essas aplicaes, no entanto, exigir um conhecimento mais profundo sobre as maneiras de acionar esse regime de propagao trmica em qualquer material.

Mas o esforo vale a pena, porque ser capaz de controlar a propagao do calor atravs das propriedades das ondas abre novas maneiras de projetar as prximas geraes de dispositivos trmicos, de forma semelhante aos desenvolvimentos j 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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