Investigadors de la UB creen un prototip per gestionar de manera intel·ligent la calor dels dispositius electrònics
La tecnologia permet controlar el flux tèrmic i podria obrir la porta a emmagatzemar informació mitjançant la calor
- Què és: Un prototip de memòria tèrmica que controla el flux de calor mitjançant petits voltatges elèctrics, mantenint dos estats tèrmics estables fins i tot sense voltatge.
- Com funciona: Voltatges positius generen alta conductivitat tèrmica, mentre que negatius la redueixen, gràcies a la migració de vacants d'oxigen que frenen els fonons responsables de la calor.
- Les aplicacions: Podria millorar la gestió de calor en dispositius electrònics, conversió d'energia i desenvolupar tecnologies d'emmagatzematge basades en la calor en lloc de l'electricitat.
- Reptes pendents: Cal fer-la operativa a temperatura ambient (actualment funciona a 200 graus), reduir el temps de canvi a mil·lisegons i ampliar la diferència de conductivitat entre estats.
Investigadors de la Universitat de Barcelona (UB) han desenvolupat un prototip de memòria tèrmica capaç de controlar el flux de calor mitjançant l’aplicació de petits voltatges elèctrics. La innovació permet modificar de manera reversible la conductivitat tèrmica del dispositiu i mantenir-ne els dos estats fins i tot després de retirar el voltatge. Segons els responsables de la recerca, el sistema podria contribuir a millorar la gestió de la calor en dispositius electrònics, la conversió d’energia i l’aprofitament de l’energia tèrmica.
L’estudi, publicat a la revista ‘Advanced Materials’, està liderat pel professor Eric Langenberg, del Departament de Física de la Matèria Condensada i de l’Institut de Nanociència i Nanotecnologia de la UB (IN2UB), i té com a primer autor l’investigador Dídac Barneo.
El prototip està format per una capa d’or situada damunt d’una capa ultrafina, de set nanòmetres de gruix, d’un òxid ferroelèctric d’hafni i zirconi. Aquesta estructura es diposita sobre un substrat conductor d’ions d’oxigen.
Quan s’apliquen petits voltatges entre l’or i el substrat, la conductivitat tèrmica de l’òxid ferroelèctric varia entre dos estats. Els voltatges positius generen una conductivitat tèrmica alta, mentre que els negatius en provoquen una de baixa.
Els dos estats es mantenen estables encara que es retiri el voltatge, fet que converteix el dispositiu en una memòria tèrmica no volàtil. Langenberg ha explicat que aquesta característica podria obrir la porta a desenvolupar una tecnologia d’emmagatzematge d’informació basada en la calor en lloc de l’electricitat.
El funcionament del prototip es basa en la migració de les anomenades vacants d’oxigen, uns petits defectes de l’estructura del material que dificulten el pas dels fonons, les unitats bàsiques de vibració dels sòlids responsables del transport de calor.
Els voltatges negatius atreuen aquestes vacants i redueixen la conductivitat tèrmica, mentre que els positius les repel·leixen i faciliten el pas de la calor. La polarització de l’òxid ferroelèctric actua com una mena de vàlvula que impedeix que les vacants tornin a distribuir-se quan desapareix el voltatge, cosa que permet conservar els dos estats tèrmics.
El dispositiu és el primer prototip funcional desenvolupat dins del projecte e-PHONONBIT, que estudia la creació de bits fonònics controlats elèctricament. En la recerca també hi han participat experts de la Universitat de Santiago de Compostel·la, l’Institut de Ciència de Materials de Madrid, l’Institut de Ciència de Materials de Barcelona i la Universitat de Saragossa.
Actualment, el prototip funciona a una temperatura de 200 graus i necessita diversos minuts per canviar d’un estat tèrmic a l’altre. Els investigadors treballaran ara per fer-lo operatiu a temperatura ambient, reduir el temps de commutació fins als mil·lisegons i ampliar la diferència de conductivitat entre els dos estats.
A llarg termini, l’equip vol explorar noves arquitectures de computació basades en els fonons. Els investigadors consideren que el control del transport de calor mitjançant camps elèctrics obre una nova línia de recerca en l’àmbit de la fonònica.