p Os dispositivos eletrônicos e seus componentes estão ficando cada vez menores. Por meio de sua pesquisa de doutorado no Departamento de Física Aplicada da Aalto University, Tomi Ruokola examinou como o calor gerado por componentes eletrônicos pode ser controlado e utilizado. p Existem poucas pesquisas na área de fluxos de calor e seu controle. O estudo de Ruokola aborda as questões básicas da área:como ocorre a transferência de calor de um ponto a outro e como esse fluxo pode ser controlado em circuitos eletrônicos que se aproximam da nanoescala?

p "Os fluxos de calor são consideravelmente mais difíceis de controlar do que as correntes elétricas. Calor é energia pura, a eletricidade, por outro lado, são cargas que podem ser medidas com precisão. Os fluxos de calor não são diretamente acessíveis da mesma forma, o que torna a pesquisa experimental difícil, "explica Ruokola.

p Ruokola projetou dois dispositivos mesoscópicos - um tamanho entre macroscópico e microscópico - para transporte de calor. Eles são baseados em fenômenos de um único elétron:o movimento de um único elétron através do sistema construído. Os elétrons carregam, além de sua carga elétrica, uma quantidade arbitrária de calor.

p "Quanto menor se torna a escala de dispositivos e componentes, quanto mais fenômenos de nível quântico vêm à tona. Isso requer novas idéias e métodos para transferência de calor também. "

p Juntamente com o pesquisador Teemu Ojanen de O.V. Laboratório Lounasmaa na Aalto University, Ruokola desenvolveu um diodo de elétron único, um retificador, que permite que o calor flua apenas em uma direção e bloqueia o fluxo para a outra. A ideia vem do conhecido componente eletrônico de função semelhante.

p "O fluxo entre diferentes temperaturas é normalmente simétrico:o fluxo vai de um ponto mais quente para um mais frio, à medida que as temperaturas procuram equilibrar-se. Se quisermos controlar os fluxos, precisamos manipulá-los para que fluam na direção desejada. Os diodos que apresentamos são ideias de como chegar a um fluxo de calor fortemente assimétrico. "

p "O diodo que desenvolvemos teve um desempenho notavelmente bom em comparação com a literatura existente, "diz Ruokola.

p Aplicações inovadoras requerem pesquisa experimental

p Ruokola conta que a pesquisa básica de nível nano de fluxos de calor é severamente prejudicada pela falta de configurações experimentais.

p "A motivação por trás da minha pesquisa foi acima de tudo o desejo e a necessidade de compreender os fenômenos básicos e o controle da transferência e dos fluxos de calor."

p Se os problemas de pesquisa básica e experimentação fossem resolvidos, aplicações futuras em nanoeletrônica seriam excelentes.

p Os computadores podem funcionar com correntes de calor em vez de eletricidade, e a grande quantidade de calor residual em fazendas de servidores poderia ser capturada e convertida já no nível de microchip. Microchips menores que um nanômetro também funcionariam em temperatura ambiente; fazer uso de fenômenos de nível quântico não exigiria mais temperaturas próximas do zero absoluto.

p "É claro que estão fora de alcance, pelo menos uma década, ou décadas, longe."

p No entanto, Ruokola está intrigado com a utilização do calor residual. Conforme descrito em sua dissertação, ele construiu uma máquina termelétrica de calor, o que coloca a energia de calor residual de volta ao trabalho. No motor, os fluxos de carga dos elétrons que fazem o trabalho e os fluxos de transferência de calor dos fótons podem ser separados uns dos outros.

p "Em motores térmicos e desperdício de energia, o principal problema geralmente é a eficiência do uso de energia. Contudo, quando há uma abundância de calor residual, o mais importante não é a eficiência, mas sim a potência máxima que pode ser extraída do calor, "Ruokola aponta.

p "Enquanto houver frio e um ponto quente no microchip, o fluxo de calor entre eles pode ser colocado de volta no chip como trabalho útil. "

p Nos diodos, o principal problema é a transferência de grandes correntes. Nos sistemas de um único elétron construídos por Ruokola, as correntes e os níveis de potência são obviamente baixos. Sistemas semelhantes de alta interação - e com grandes correntes - seriam de grande demanda.

p "Essas são as questões básicas que ainda não foram resolvidas no controle do fluxo de calor em nanoeletrônica. Ainda há muito que nos interessar pela teoria básica, "acredita Ruokola.