Nueva forma de disipar calor en dispositivos electrónicos

Controlar el flujo de calor a través de los materiales semiconductores es un reto importante a la hora de desarrollar chips de ordenador más pequeños y rápidos, paneles solares de alto rendimiento y mejores láseres y dispositivos biomédicos.

Por primera vez, un equipo internacional de científicos ha modificado el espectro de energía de los fonones acústicos (excitaciones elementales, llamadas también cuasipartículas, que dispersan calor a través de materiales cristalinos como una onda) confinándolos a estructuras semiconductoras de escala nanométrica. Los resultados de este experimento pionero serán de gran utilidad para mejorar la gestión térmica de los dispositivos electrónicos.

El equipo de Alexander Balandin y Fariborz Kargar, de la Universidad de California en Riverside, Estados Unidos, utilizó nanohilos semiconductores de arseniuro de galio (GaAs), sintetizados por investigadores de Finlandia, y una técnica especial de espectroscopia para estudiar el movimiento de los fonones a través de nanoestructuras cristalinas. Mediante la modificación del tamaño y la forma de las nanoestructuras de GaAs, los investigadores pudieron alterar el espectro de energía, o dispersión, de los fonones acústicos.

Controlar la dispersión de los fonones es esencial para mejorar la eliminación del calor de los dispositivos electrónicos nanométricos, una eliminación que ha venido siendo muy difícil de lograr en la electrónica muy miniaturizada y que debido a ello se ha convertido en un gran obstáculo a la hora de permitir que los ingenieros continúen reduciendo el tamaño de los dispositivos.

Fariborz Kargar, midiendo la dispersión de fonones acústicos en los nanohilos semiconductores. (Foto: UC Riverside)

El control de la dispersión de los fonones también puede usarse para mejorar la eficiencia de la generación de energía termoeléctrica. En ese caso, reducir la conductividad térmica mediante fonones es beneficioso para los dispositivos termoeléctricos que generan energía mediante la aplicación de un gradiente de temperatura a los semiconductores.

Información adicional