p Controlar o fluxo de calor através de materiais semicondutores é um desafio importante no desenvolvimento de chips de computador menores e mais rápidos, painéis solares de alto desempenho, e melhores lasers e dispositivos biomédicos. p Pela primeira vez, uma equipe internacional de cientistas liderada por um pesquisador da Universidade da Califórnia, Riverside modificou o espectro de energia dos fônons acústicos - excitações elementares, também conhecido como quase-partículas, que espalham calor através de materiais cristalinos como uma onda - confinando-os a estruturas semicondutoras em escala nanométrica. Os resultados têm implicações importantes no gerenciamento térmico de dispositivos eletrônicos.

p Liderado por Alexander Balandin, Distinguished Professor of Electrical and Computing Engineering e UC Presidential Chair Professor na Bourns College of Engineering da UCR, a pesquisa é descrita em um artigo publicado quinta-feira, 10 de novembro no jornal Nature Communications . O artigo é intitulado "Observação direta de ramos de polarização de fônons acústicos confinados em nanofios autônomos".

p A equipe usou nanofios semicondutores de Arsenieto de Gálio (GaAs), sintetizado por pesquisadores na Finlândia, e uma técnica de imagem chamada espectroscopia de espalhamento de luz (BMS) de Brillouin-Mandelstam para estudar o movimento dos fônons através das nanoestruturas cristalinas. Ao alterar o tamanho e a forma das nanoestruturas de GaAs, os pesquisadores foram capazes de alterar o espectro de energia, ou dispersão, de fônons acústicos. O instrumento BMS usado para este estudo foi construído no Phonon Optimized Engineered Materials Center (POEM) da UCR, que é dirigido por Balandin.

p O controle da dispersão de fônons é crucial para melhorar a remoção de calor de dispositivos eletrônicos em nanoescala, que se tornou o principal obstáculo para permitir que os engenheiros continuem a reduzir seu tamanho. Também pode ser usado para melhorar a eficiência da geração de energia termelétrica, Balandin disse. Nesse caso, diminuir a condutividade térmica por fônons é benéfico para dispositivos termoelétricos que geram energia aplicando um gradiente de temperatura aos semicondutores.

p "Por anos, o único método previsto para alterar a condutividade térmica das nanoestruturas foi por meio do espalhamento de fônons acústicos com limites e interfaces da nanoestrutura. Demonstramos experimentalmente que, confinando espacialmente os fônons acústicos em nanofios, pode-se alterar sua velocidade, e a forma como eles interagem com os elétrons, magnons, e como eles carregam calor. Nosso trabalho cria novas oportunidades para o ajuste de propriedades térmicas e eletrônicas de materiais semicondutores, "Balandin disse.