Uma nova estrutura teórica desenvolvida por físicos do Instituto de Tecnologia da Geórgia lança uma nova luz sobre como o calor se move através dos sólidos, oferecendo uma explicação potencial para as propriedades misteriosas do transporte térmico em certos materiais.

Publicada na revista Physical Review Letters, a pesquisa fornece uma forma de compreender o comportamento do transporte térmico em isoladores e semicondutores quando submetidos a condições extremas, como altas temperaturas ou pressões.

O estudo também oferece insights sobre o projeto de materiais termoelétricos de próxima geração, que poderiam ser usados ​​para converter eficientemente energia térmica em energia elétrica.

“O que mostramos aqui é uma nova maneira de pensar sobre o transporte térmico em isoladores e semicondutores”, disse o Dr. Joshua Kretchmer, professor assistente da Escola de Física da Georgia Tech e principal autor do estudo. "Nossos resultados podem levar a novos materiais com propriedades térmicas melhoradas e abrir caminho para uma conversão de energia mais eficiente."

Uma das principais conclusões do estudo é o papel das “quasipartículas” no transporte de calor em sólidos. Essas quasipartículas são excitações na rede cristalina que se comportam como partículas, mas não são objetos reais observáveis.

Em materiais convencionais, o transporte de calor é frequentemente dominado pelas vibrações dos átomos dentro da rede cristalina, que pode ser considerada como um conjunto de molas e massas. No entanto, em alguns materiais, como os utilizados em dispositivos termoelétricos, o transporte de calor é dominado pelo movimento de quasipartículas, como elétrons ou buracos.

Os pesquisadores descobriram que a interação entre essas quasipartículas e as vibrações atômicas desempenha um papel crucial na determinação das propriedades de transporte térmico de um material. Em particular, descobriram que quando a interacção é forte, o transporte de calor é reduzido.

“Nosso trabalho mostra que a interação entre quasipartículas e vibrações é extremamente importante na compreensão do transporte térmico em sólidos”, disse o Dr. “Ao controlar esta interação, poderíamos potencialmente projetar materiais com condutividade térmica muito maior ou menor, dependendo da aplicação desejada”.

Dr. Kretchmer e sua equipe estão agora trabalhando para aplicar a estrutura teórica ao projeto de novos materiais termoelétricos e para compreender as propriedades de transporte térmico de outros materiais, como isolantes topológicos e supercondutores.