Un equipo de ingenieros y científicos de materiales de la Universidad de Colorado en Boulder ha logrado un avance significativo en la comprensión de los vibraciones térmicas a nivel molecular, conocidas como fonones. Este descubrimiento, publicado en la revista Nature Materials, revela que estas diminutas vibraciones pueden interferir entre sí, de manera similar a las notas musicales, amplificando o cancelando el flujo de calor dependiendo de la configuración molecular.
El estudio, liderado por el profesor asistente Longji Cui, destaca la importancia de la interferencia de fonones, un fenómeno que nunca había sido medido a temperatura ambiente en escalas moleculares. La investigación fue realizada en colaboración con instituciones de renombre en España e Italia, lo que subraya la relevancia global de este trabajo.
La técnica innovadora desarrollada por el equipo permite observar estos secretos vibracionales a través de un sensor térmico extremadamente pequeño, de tamaño inferior al de un grano de arena. Este dispositivo cuenta con una resolución sin precedentes que permite medir las vibraciones de fonones a escalas mínimas. Gracias a estos sensores, los investigadores han podido estudiar el flujo de calor a través de uniones moleculares individuales y han descubierto que ciertos caminos moleculares pueden causar interferencias destructivas, reduciendo así el flujo de calor.
Potencial de la investigación en fonónica molecular
Sai Yelishala, estudiante de doctorado y autor principal del estudio, explica que esta investigación representa la primera observación de interferencia destructiva de fonones a temperatura ambiente. «Hemos desbloqueado la capacidad de gestionar el flujo de calor en el nivel molecular, donde todos los materiales se originan», afirma Yelishala.
El potencial de estas vibraciones moleculares es vasto. La investigación en fonónica molecular podría revolucionar la forma en que se gestionan los problemas de disipación de calor en materiales y dispositivos electrónicos. Por ejemplo, en el caso de los polímeros, que tienen una baja conductividad térmica y son susceptibles a cambios de temperatura, este estudio podría conducir al desarrollo de nuevos diseños moleculares que mejoren su rendimiento térmico.
El equipo de investigación también apunta a que este fenómeno podría tener un papel crucial en el campo de la termoelectricidad, donde el uso del calor para generar electricidad es fundamental. La capacidad de reducir el flujo de calor y suprimir el transporte térmico podría mejorar la eficiencia de los dispositivos termoelectricos y contribuir a un uso más limpio de la energía.
En resumen, este estudio representa solo el comienzo de un campo de investigación prometedor. Los avances en la medición y comprensión de las vibraciones térmicas a nivel molecular abrirán nuevas puertas en la ciencia de materiales y la ingeniería, guiando el desarrollo de tecnologías más avanzadas y eficientes en el futuro.
