Os cientistas descobriram como os canais térmicos são formados em nanoestruturas – isso ajudará a resfriar os eletrônicos de forma mais eficiente

Um grupo de físicos da Universidade do Colorado em Boulder resolveu o mistério da distribuição incomum de fluxos de calor dentro de materiais em nanoestruturas. Os fluxos de calor mudaram de direção nos materiais dependendo da densidade das nanoestruturas. O efeito da formação de um canal térmico foi manifestado, o que não pode ser explicado pela teoria geralmente aceita. Um modelo de computador ajudou a resolver o quebra-cabeça, o que poderia abrir caminho para um resfriamento eficiente de eletrônicos.

Dois nanobastões são aquecidos com um laser. Fonte da imagem: Steven Burrows / JILA

Em experimentos com nanobastões de metal de aquecimento com um diâmetro muitas vezes menor que o diâmetro de um cabelo humano, verificou-se que o comportamento dos fluxos de calor corresponde totalmente à termodinâmica clássica apenas até que os nanobastões em um substrato de silício estejam relativamente distantes uns dos outros. Se os nanobastões forem aproximados – para arranjá-los mais densamente, então a partir de um certo momento o fluxo de calor é inesperadamente acelerado e as nanoestruturas esfriam muito mais rápido. Esse fenômeno pode ajudar a acelerar a transferência de calor à medida que os componentes eletrônicos esfriam, e simulações detalhadas forneceram informações sobre o que realmente está acontecendo.

Com base em observações, os físicos criaram um modelo de computador superdetalhado de milhões de átomos. Cálculos de processos termodinâmicos no modelo mostraram que conforme os nanobastões que foram aquecidos se aproximavam, a interação eletromagnética entre eles – transferência de calor – apresentava fenômenos de onda. Em particular, fluxos de energia colidiram e refletiram, seguidos de espalhamento. Ao mesmo tempo, foram identificados momentos em que a transferência de calor dirigida começou em direções claramente definidas (para baixo e para os lados). Tendo uma compreensão clara da dependência da formação de um canal térmico da geometria das nanoestruturas, é possível estabelecer uma melhor transferência de calor dos circuitos eletrônicos ainda na fase de projeto.