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  • Calor de fluxo rápido em heteroestruturas de grafeno
    p Representação esquemática da transferência de calor fora do plano altamente eficiente de elétrons quentes de grafeno (brilho amarelo), criado por excitação óptica (feixe vermelho), para fônon-polaritons hiperbólicos em hBN (linhas de onda). Crédito:ICFO

    p O fluxo de calor em nanoescala desempenha um papel crucial em muitas aplicações eletrônicas e optoeletrônicas modernas, como gerenciamento térmico, fotodetecção, termelétrica e comunicação de dados. Materiais bidimensionais em camadas podem desempenhar um papel importante em muitas dessas aplicações. Talvez ainda mais promissoras sejam as chamadas heteroestruturas de van der Waals, que consistem em diferentes materiais bidimensionais em camadas empilhados uns sobre os outros. Essas pilhas podem consistir em materiais com propriedades físicas dramaticamente diferentes, enquanto as interfaces entre eles são ultra-limpas e atomicamente nítidas. p Cientistas da European Graphene Flagship, liderado por pesquisadores do ICFO, observaram recentemente a forma como ocorre o transporte de calor nas pilhas de van der Waals, que consistem em grafeno encapsulado pelo material dielétrico bidimensional hexagonal BN (hBN).

    p Em um estudo publicado em Nature Nanotechnology intitulado "Transferência de calor fora do plano em pilhas de van der Waals através do acoplamento elétron-fônon hiperbólico, "Pesquisadores do ICFO, em colaboração com pesquisadores da Holanda, Itália, Alemanha, e Reino Unido, identificaram um efeito altamente surpreendente:em vez de permanecer dentro da folha de grafeno, o calor realmente flui para as folhas hBN circundantes. Este processo de transferência de calor fora do plano ocorre em uma escala de tempo ultrarrápida de picossegundos (um milionésimo de milionésimo de segundo), e é, portanto, dominante sobre os processos de transferência de calor concorrentes (no plano).

    p O processo de transferência de calor ocorre por meio de elétrons quentes de grafeno (gerados experimentalmente pela luz incidente) que se acoplam a fônons-polaritons hiperbólicos nas folhas de hBN. Esses fonon-polaritons se propagam dentro do hBN como a luz em uma fibra óptica, mas neste caso, para comprimentos de onda infravermelhos e em escala nanométrica. Acontece que esses modos hiperbólicos exóticos são muito eficientes em dissipar o calor.

    p Os resultados deste trabalho podem ter implicações de longo alcance para muitas aplicações baseadas em grafeno encapsulado em hBN, às vezes chamada de plataforma de grafeno de próxima geração, devido às suas propriedades elétricas superiores. Em particular, fornecerá orientação para o design do dispositivo optoeletrônico, onde esses processos de fluxo de calor podem ser completamente explorados.


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