p Um modelo matemático de fluxo de calor através de fios em miniatura poderia ajudar a desenvolver dispositivos termoelétricos que convertem calor - até mesmo seu próprio calor residual - em eletricidade. p Desenvolvido em A * STAR, o modelo descreve o movimento de vibrações chamadas fônons, que são responsáveis ​​por transportar calor em materiais isolantes. Os fônons normalmente se movem em linhas retas em nanofios - fios com apenas alguns átomos de largura. Cálculos anteriores sugeriram que, se partes de um nanofio contivessem arranjos aleatórios de dois tipos diferentes de átomos, fônons seriam interrompidos em suas trilhas. Em nanofios de liga reais, no entanto, átomos do mesmo elemento podem se agrupar para formar seções curtas compostas dos mesmos elementos.

p Agora, Zhun-Yong Ong e Gang Zhang, do Instituto A * STAR de Computação de Alto Desempenho em Cingapura, calcularam os efeitos dessa ordem de curto alcance no comportamento dos fônons. Seus resultados sugerem que a condução de calor em um nanofio não depende apenas das concentrações relativas dos átomos da liga e da diferença em suas massas; também depende de como os átomos são distribuídos.

p Seu modelo simulou um nanofio de 88 micrômetros contendo 160, 000 átomos de dois elementos diferentes. Eles descobriram que quando o nanofio estava mais ordenado - contendo grupos dos mesmos elementos - os fônons de baixa frequência tinham dificuldade para se mover. Em contraste, fônons de alta frequência podem viajar muito mais longe do que o comprimento médio das regiões ordenadas na liga. "Os fônons de alta frequência eram mais móveis do que imaginávamos, "diz Ong.

p Os pesquisadores usaram seu modelo para estudar a resistência térmica de um nanofio contendo uma mistura igual de átomos de silício e germânio. A ordenação de curto alcance dos átomos permitiu que os fônons de alta frequência viajassem livremente através do fio, dando-lhe uma resistência térmica relativamente baixa. Em contraste, uma distribuição aleatória de átomos de liga resultou em uma resistência mais alta - mais do que o triplo da caixa solicitada para um fio de 2,5 micrômetros de comprimento. "Se essa desordem puder ser percebida em materiais compostos reais, então poderíamos ajustar a condutividade térmica do sistema, "diz Ong.

p Compreender a contribuição relativa dos fônons de baixa e alta frequência para a condução de calor também pode ajudar os pesquisadores a ajustar as propriedades térmicas dos nanofios em laboratório. "Por exemplo, a rugosidade da superfície dos nanofios é conhecida por reduzir a contribuição da condutividade térmica dos fônons de alta frequência, "diz Ong.

p Os pesquisadores esperam que seu modelo ajude os cientistas a projetar materiais compostos com baixa condutividade térmica. Uma aplicação atraente são os dispositivos termoelétricos, explica Ong. "Como esses dispositivos dependem de um diferencial térmico, uma baixa condutividade térmica é desejável para um desempenho ideal. "