Atualizado 3 de maio de 2025 por Sergio A. Loiola
Pesquisadores descobriram como mover o calor como se fosse um facho de luz, sem contato, resfriando de modo quase instantâneo o parte quente. O que pode revolucionar a forma como lidamos com o calor nos mais variados processos.
Entre as aplicações imediatas estão os chips e processadores, trens e carros elétricos, processos industriais, centrais de dados e de IAs, foguetes, aviões, navios, celulares, e outros. Economizando energia, com maior rapidez no resfriamento, reduzindo drasticamente o peso das estruturas de dissipação.
O artigo foi publicado na Revista Nature Materials
“Estamos repensando o modo como lidamos com o calor,” disse o professor Patrick Hopkins. “Em vez de deixá-lo ir embora lentamente, estamos direcionando-o.”
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−2 . A forte resposta Δ R / R dentro da banda Reststrahlen (indicada pela extensão das linhas pontilhadas) e perto da frequência do fônon TO do hBN mostra a alta atividade térmica dentro da região que pode ser atribuída ao aquecimento ultrarrápido da radiação de campo próximo emitida pela almofada de Au. d , Para referência, uma fluência de bombeamento semelhante de um floco de hBN não revestido (sem Au) é fornecida, observando que, neste caso, nenhuma resposta de termorrefletância temporal é observada dentro da faixa da banda Reststrahlen do hBN, ilustrando o papel crítico da almofada de Au como um transdutor térmico neste experimento. A faixa escura que aparece no meio do contorno hBN em branco é atribuída ao resíduo de polimetilmetacrilato, um polímero fotorresistivo no processo de padronização litográfica. e , gráficos em cascata dos dados mostrados em
c em uma variedade de atrasos de tempo de bomba-sonda (80–2.030 ps) após aquecimento transitório de Au, indicando mais claramente a resposta óptica ultrarrápida em torno do modo fônon TO e dentro da banda Reststrahlen do hBN (indicada pelo intervalo das linhas pontilhadas). Gráfico do artigo
Em 2019 descobrimos que o calor pode se mover como uma onda, com possibilidade de esfriar as coisas de modo praticamente instantâneo.
Logo a seguir, pesquisadores conseguiram demonstrar o calor se propagando em ondas em semicondutores, o que abriu a possibilidade de evitar que os aparelhos eletrônicos superaqueçam e se tornem energeticamente mais eficientes, seja economizando energia nas centrais de dados ou baterias dos celulares.
William Hutchins e colegas da Universidade da Virgínia, nos EUA, se voltaram justamente para essa área, e decidiram trabalhar com o nitreto de boro hexagonal (hBN), também conhecido como “grafeno branco”, um material emergente que já foi usado para criar sinapses artificiais para computadores neuromórficos e até qubits para computadores quânticos.
A equipe descobriu como fazer com que o calor mova-se pelo hBN como se fosse um facho de luz, evitando os gargalos habituais que fazem os componentes eletrônicos superaquecerem.
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Calor afastado quase instantaneamente como ondas
Atualmente, os sistemas de resfriamento dos eletrônicos dependem de dissipadores metálicos, ventiladores e resfriamento líquido, mas esses métodos ocupam espaço e usam energia extra.
a , onde a magnitude reduzida no sinal indica o resfriamento geral aprimorado da superfície do Au.
c , A sensibilidade relativa das medições apresentadas ao acoplamento da interface HPhP. Gráfico do artigo
Além disso, se eles não conseguirem esfriar tudo rápido o suficiente, os aparelhos ficam mais lentos, perdem eficiência ou até pifam.
Esta nova linha de pesquisa oferece uma alternativa revolucionária:
Em vez de depender de vibrações térmicas lentas, chamadas fônons, o calor move-se em ondas por meio de quasipartículas híbridas, chamadas fônons-polaritons hiperbólicos (HPhPs), que formam ondas especiais que transportam o calor a velocidades extraordinárias.
No novo método o calor move-se em ondas por meio de quasipartículas híbridas, chamadas fônons-polaritons hiperbólicos (HPhPs), que formam ondas especiais que transportam o calor a velocidades extraordinárias.
Normalmente, o calor em componentes eletrônicos se espalha como ondulações em um lago, dissipando-se para fora, mas perdendo energia ao longo do caminho.
Em contraste, o novo método transforma o calor em ondas estreitamente canalizadas que viajam com eficiência por longas distâncias, mais como um trem de alta velocidade correndo ao longo dos trilhos.
A equipe conseguiu isso aquecendo uma pequena pastilha de ouro sobre o hBN (nitreto de boro hexagonal).
Em vez de o calor se espalhar lentamente, ele excitou as propriedades únicas do material, transformando a energia em ondas polaritônicas de movimento rápido que instantaneamente transportaram o calor para longe da interface entre o ouro e o hBN.
“Este método é incrivelmente rápido”, disse Hutchins. “Estamos observando o calor se mover de maneiras que não se imaginava serem possíveis em materiais sólidos. É uma maneira completamente nova de controlar a temperatura em nanoescala.”
“Esta descoberta pode mudar a maneira como projetamos tudo, de processadores a naves espaciais,” concluiu o professor Hopkins.
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É Livre a reprodução de matérias mediante a citação do título do texto com link apontando para este texto. Crédito do site Nature & Space
CALOR MOVIDO COMO ONDAS REVOLUCIONARÁ DISSIPAÇÃO TÉRMICA
Bibliografia
Artigo: Ultrafast evanescent heat transfer across solid interfaces via hyperbolic phonon-polariton modes in hexagonal boron nitride
Autores: William Hutchins, Saman Zare, Dan M. Hirt, John A. Tomko, Joseph R. Matson, Katja Diaz-Granados, Mackey Long III, Mingze He, Thomas Pfeifer, Jiahan Li, James H. Edgar, Jon-Paul Maria, Joshua D. Caldwell, Patrick E. Hopkins
Revista: Nature Materials
DOI: 10.1038/s41563-025-02154-5
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