El calor no siempre se difunde de manera uniforme en un material. Investigadores de la Universidad de California en Los Ángeles han observado vibraciones atómicas propagándose en trayectorias dirigidas, a temperatura ambiente, en un cristal de arseniuro de boro.
Estas vibraciones, llamadas fonones, transportan la energía térmica a través de los sólidos. También poseen propiedades cuánticas. Hasta ahora, su propagación focalizada se había observado principalmente a temperaturas extremadamente bajas, cercanas a las condiciones criogénicas.
Un denso cúmulo negro se encuentra en el centro, con estrechas estrías oscuras en forma de rayos que se extienden hacia el exterior en múltiples direcciones sobre un fondo naranja y amarillo moteado, ilustrando el flujo direccional de calor a través del material.
Imagen UCLA
El equipo estudió un cristal de arseniuro de boro calentado a aproximadamente 300 kelvins, es decir, cerca de 27 °C. En este material, el calor no se extendía simplemente en todas direcciones. Formaba patrones que se asemejaban a rayos de luz.
Esta organización proviene de la estructura cristalina del arseniuro de boro. Las vibraciones siguen ciertas direcciones privilegiadas, impuestas por la disposición regular de los átomos. El fenómeno es comparable, en algunos aspectos, a la forma en que una fibra óptica guía la luz.
Para observar este desplazamiento, los investigadores desarrollaron un método capaz de cartografiar la temperatura a escala nanométrica. En materiales ordinarios, los mapas obtenidos mostraban una difusión circular. El cristal estudiado producía, por el contrario, figuras alargadas y orientadas.
Este descubrimiento no significa todavía que los dispositivos electrónicos puedan utilizar inmediatamente «autopistas» térmicas. Los experimentos se realizaron en un material cristalino particular y en condiciones controladas. Por lo tanto, será necesario estudiar su fabricación e integración en componentes.
La posibilidad de guiar el calor podría, no obstante, interesar a la electrónica y a las tecnologías cuánticas. Los diseñadores podrían tratar de dirigir la energía hacia zonas de enfriamiento, en lugar de esperar a que se distribuya en el componente.