13/06/2013 - Esclarecen cómo se disipa el calor en dispositivos nanotecnológicos

Menéame

La fabricación de circuitos compuestos por átomos y moléculas individuales —el objetivo final de la miniaturización de los circuitos eléctricos— es una realidad reciente. Sin embargo, hasta el momento su diseño tan sólo se lleva a cabo en laboratorios de investigación, ya que el desconocimiento de cómo se disipa el calor en ellos supone un obstáculo para su implementación en aplicaciones tecnológicas.

En un artículo publicado esta semana en la revista Nature, Juan Carlos Cuevas y Linda Angela Zotti, investigadores del Departamento de Física Teórica de la Materia Condensada de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM), han contribuido a esclarecer, junto a científicos de la Universidad de Michigan (EEUU), el enigma de la disipación del calor en circuitos eléctricos de tamaño atómico.

Según constata el artículo, los investigadores utilizaron nuevos termómetros a escala nanométrica para medir la cantidad de calor disipado en una serie de nanocircuitos formados por átomos y moléculas individuales.

Los científicos además pudieron identificar cómo y donde se producía el fenómeno. “Con el desarrollo de una teoría cuántica de la conducción térmica —explica Cuevas— fue posible establecer que el lugar en el que se disipa el calor viene determinado por la estructura electrónica de los átomos y las moléculas que componen estos circuitos”.

Según expresan los investigadores de la UAM, “este descubrimiento permitirá comprender cómo se disipa el calor en numerosos dispositivos de tamaño nanométrico que deben constituir la base de la futura nanoelectrónica. Por otro lado —agregan— este trabajo abre la puerta a la posibilidad de usar circuitos atómicos o moleculares para refrigerar in situ nanodispositivos, en estos momentos uno de los grandes retos de la nanociencia”.

El efecto Joule en nanodispositivos

El efecto Joule —el calentamiento de un conductor por el paso de una corriente eléctrica— está detrás del funcionamiento de muchos dispositivos de uso cotidiano: secadores, calentadores de agua, bombillas tradicionales, etc., por mencionar algunos.

Este fenómeno, descubierto en 1841 por el físico inglés James Prescott Joule —uno de los padres de la Termodinámica— tiene su origen en las colisiones que los electrones sufren con los iones que forman los conductores: cuando se aplica una batería a un circuito, los electrones son acelerados y ceden su exceso de energía a los iones, dando lugar a un aumento de la temperatura.

El efecto Joule, tan beneficioso en algunos casos, tiene también aspectos muy negativos. El calentamiento inherente que conlleva puede afectar, por ejemplo, la estabilidad y eficiencia de muchos dispositivos electrónicos. De hecho, buena parte del progreso reciente en informática está relacionado con un mejor control de la disipación del calor.

Mientras que este fenómeno se comprende perfectamente en los circuitos eléctricos ordinarios, donde está gobernado por leyes clásicas, la situación es completamente distinta cuando las dimensiones de los circuitos son reducidas hasta la escala atómica. En estos casos, los electrones cruzan la parte central del circuito sin intercambiar energía con los iones, por lo que —hasta ahora— no estaba claro cómo y dónde se producía la disipación del calor.

-------------------------------------------
Referencia bibliográfica:
W. Lee, K. Kim, W. Jeong, L.A. Zotti, F. Pauly, J.C. Cuevas, P. Reddy, Heat dissipation in atomic-scale junctions. En prensa en Nature (13 de junio, 2013).

___________________________

Universidad Autónoma de Madrid

El Instituto de Materiales Avanzados (INAM) de la Universitat Jaume I de Castellón programó para el 1 de octubre de 2026 su VII Jornada de Transferencia Tecnológica UCIE-INAM, bajo el lema «De la investigación básica al producto comercial». La convocatoria se centró en acercar los resultados de la investigación a empresas, profesionales y agentes de innovación. Del laboratorio a las...

La Asociación de Ingenieros Aeronáuticos de España, en colaboración con el Colegio Oficial de Ingeniería Industrial de Álava, organizó hoy viernes 23 de octubre de 2026 la Conferencia Heraclio Alfaro 2026, centrada en el desarrollo de la industria aeronáutica vasca y su proyección internacional. Industria, liderazgo y cadena de suministro La conferencia lleva por título «Juan Ignacio (Iñaki) López Gandásegui:...

Investigadores de la Universidad Miguel Hernández de Elche (UMH) presentaron el proyecto COGNITRAIN, una propuesta de entrenamiento cognitivo que combina inteligencia artificial, registro de actividad cerebral y aplicaciones interactivas. La iniciativa se orienta especialmente a personas mayores y explora formas de hacer más accesibles estas tecnologías. Cómo funciona la tecnología El sistema utiliza electroencefalografía (EEG), una técnica no invasiva que...

Oracle acaba de emitir una alerta de seguridad para corregir la vulnerabilidad CVE-2026-91403, que afecta al componente Java Secure Socket Extension (JSSE) de versiones concretas de Oracle Java SE y GraalVM. La compañía le asigna una puntuación de 9,1 sobre 10 en CVSS 3.1. La matriz de riesgo señala que la vulnerabilidad puede explotarse por red sin autenticación y que,...

Acuerdo provisional sobre el mercado europeo de carbono El Consejo de la Unión Europea y el Parlamento Europeo alcanzaron el 20 de octubre de 2026 un acuerdo político provisional para modificar las reglas de invalidación de derechos de emisión en la Reserva de Estabilidad del Mercado (MSR), integrada en el régimen de comercio de derechos de emisión de la Unión...