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El descubrimiento del estudio de transferencia de calor de la Universidad de Colorado Boulder puede ayudar a evitar que los pequeños dispositivos electrónicos se sobrecalienten

Investigadores de la Universidad de Colorado Boulder hicieron un nuevo descubrimiento que explica por qué las pequeñas fuentes de calor se enfrían más rápido cuando se colocan juntas.

Los hallazgos del estudio se publicarán esta semana en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences.

Los profesores Margaret Murnane y Henry Kapteyn dirigieron la investigación, que comenzó en 2015. Su equipo estaba experimentando con líneas a nanoescala calentadas con láser, pequeñas líneas de metal más delgadas que el cabello humano, modeladas en silicio cuando observaron que esas fuentes de calor se enfriaron más rápido cuando empaquetados muy juntos.

“Por lo general, si desea enfriar algo, lo rodea con material frío”, dijo Murnane. “En un descubrimiento experimental sorprendente, descubrimos que para los puntos calientes a nanoescala, en lugar de esparcirlos para que estén en contacto con material frío, los empaqueta más cerca para que se enfríen más rápido, lo cual es muy contrario a la intuición”.

Ahora, los investigadores han descubierto por qué ocurre este fenómeno.

El coautor Joshua Knobloch, asistente de investigación postdoctoral en JILA, un instituto conjunto de CU Boulder y el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología, dijo que la razón por la que las nanolinas se enfrían más rápido de esta manera es porque la energía vibratoria de los átomos se dispersa unos de otros y enfriar las barras calientes más rápido cuando están muy juntas.

"Es una idea muy contraria a la intuición para nosotros porque va en contra de la forma en que pensamos sobre el transporte térmico", dijo Knobloch. “Y creo que por eso es un descubrimiento realmente asombroso. Es algo revolucionario en ese sentido. Va en contra del pensamiento común ”.

En este nuevo estudio, los investigadores utilizaron simulaciones por computadora para modelar cada átomo en un sistema para rastrear la disipación de calor.

Este estudio fue un esfuerzo de colaboración de dos equipos, uno dirigido por Murnane y otro dirigido por el profesor de CU Boulder Mahmoud Hussein, coautor del estudio. El grupo de Murnane utilizó haces de luz de rayos X para observar el comportamiento de los materiales con mayor precisión de lo que se puede ver con la luz visible. El grupo de Hussein estudió teoría y simulaciones a escala atómica para comprender el comportamiento de los materiales relacionado con el calor y la temperatura.

Knobloch dijo que esta investigación se puede aplicar a muchas aplicaciones tecnológicas, incluida la fabricación de chips de computadora y teléfonos celulares que no se calientan tanto.

Los investigadores dijeron que estos hallazgos podrían afectar el futuro de la electrónica. Esperan que su estudio inspire más investigación y desarrollo de modelos e investigaciones experimentales de transporte térmico.

Hussein dijo que estos hallazgos son importantes por dos razones: el problema continuo de la alta concentración de zonas de alta temperatura en los dispositivos modernos y la búsqueda en curso en la industria de alta tecnología para hacer que la electrónica sea más pequeña y más eficiente. Estos problemas son el núcleo de lo que los investigadores abordan en su artículo.

"Creo que potencialmente podría afectar el futuro de la miniaturización electrónica", dijo Hussein. “La industria busca continuamente hacer dispositivos cada vez más pequeños. Entonces, con este descubrimiento, habrá una mejor comprensión de cómo administrar el calor en el tamaño cada vez menor de la electrónica ".

Otros colaboradores de este estudio incluyen al investigador postdoctoral Hossein Honarvar, el estudiante graduado de JILA Brendan McBennett y los ex investigadores de JILA Travis Frazer, Jorge Hernandez-Charpak y Begoña Abad.

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