La comprensión del flujo de calor a nanoescala es fundamental en el diseño de dispositivos electrónicos integrados y en el desarrollo de materiales para aislamiento térmico y recuperación de energía termoeléctrica. Si bien actualmente hay varias técnicas disponibles para observar el transporte de calor a distancias macroscópicas, se necesitan nuevos métodoscapaz de revelar la dinámica del flujo de calor con resolución nanométrica.
Un equipo dirigido por los profesores de física Carlos Meriles de CCNY y Elisa Riedo de la Iniciativa de Nanociencia del Centro de Investigación de Ciencias Avanzadas de CUNY informan sobre una plataforma versátil para mediciones térmicas a nanoescala basadas en una combinación de resonancia magnética y microscopía de fuerza óptica y atómica, en Comunicaciones de la naturaleza . Su artículo, "Imágenes de conductividad térmica con resolución a nanoescala usando una sonda de rotación de exploración", se basa en una noción simple: que una sonda caliente en contacto con un material termoconductor, como un metal, se enfría porque el calor fluyela sonda en el material. Esto último se evita, sin embargo, si el material de muestra es térmicamente aislante, lo que implica que se puede inferir la conductividad térmica de la muestra al monitorear continuamente la temperatura de la sonda.
Para implementar esta idea a nanoescala, los investigadores utilizaron un microscopio de fuerza atómica térmica, donde la temperatura del voladizo se puede ajustar mediante la aplicación de una corriente externa. El voladizo AFM alberga una punta afilada que hace contacto con el sustrato en un pequeño, área de tamaño nanométrico. Para medir la temperatura de la punta, el equipo de CCNY adjuntó al ápice de la punta un nanocristal de diamante, cuya fluorescencia térmicamente dependiente lo convirtió efectivamente en un pequeño termómetro. Luego se obtuvieron mapas de conductividad térmica resueltos con nanómetros a medida que se escaneaba la puntasobre varios sustratos de composición heterogénea.
El equipo anticipa múltiples aplicaciones que van desde problemas fundamentales de flujo de calor en nanoestructuras y transporte de calor radiativo en nano-espacios, hasta la caracterización de materiales que experimentan transiciones de fase heterogéneas, hasta la investigación de reacciones catalíticas exotérmicas. Aunque en la presente implementación los flujos de calordesde la punta de AFM a la muestra, la técnica se puede adaptar de inmediato para sondear la temperatura local en un sustrato caliente y no uniforme sin la necesidad de un voladizo térmico.
"Esta forma de termometría de escaneo a nanoescala puede desempeñar un papel importante en la caracterización de los 'puntos calientes' formados en las uniones de las heteroestructuras de semiconductores, que se sabe que son críticos en la generación de calor dentro de los dispositivos electrónicos integrados", dijo Meriles.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por City College de Nueva York . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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