I fisici teorici della SISSA e dell'Università della California a Davis hanno sviluppato un nuovo approccio al trasporto di calore nei materiali, che finalmente permette ai cristalli, solidi policristallini, leghe e vetri da trattare sulla stessa solida base. Apre la strada alla simulazione numerica delle proprietà termiche di una vasta classe di materiali in importanti campi come il risparmio energetico, conversione, spazzino, Conservazione, dissipazione di calore, schermatura e scienze planetarie, che finora hanno eluso un adeguato trattamento computazionale. La ricerca è stata pubblicata in Comunicazioni sulla natura .

Il calore si dissipa nel tempo. In un senso, il flusso di calore è la caratteristica distintiva della freccia del tempo. Nonostante l'importanza fondamentale del trasporto di calore, il padre della sua teoria moderna, Sir Rudolph Peierls, scrisse nel 1961, "Sembra che non ci siano problemi nella fisica moderna per i quali siano registrate tante false partenze, e altrettante teorie che trascurano alcuni tratti essenziali, come nel problema della conducibilità termica dei cristalli non conduttori."

È passato mezzo secolo da allora, e il trasporto del calore è ancora uno dei capitoli più sfuggenti della scienza teorica dei materiali. Infatti, nessun approccio unificato è stato in grado di trattare i cristalli e i solidi (parzialmente) disordinati su un piano di parità, ostacolando così gli sforzi di generazioni di scienziati dei materiali per simulare determinati materiali, o stati diversi dello stesso materiale che si verificano nello stesso sistema fisico o dispositivo con la stessa precisione.

Questa grande lacuna è stata finalmente colmata da un gruppo di ricercatori della SISSA e dell'UC Davis, guidato da Stefano Baroni e Davide Donadio nell'ambito del MAX EU Center for Supercomputing Applications. I ricercatori hanno sviluppato una nuova metodologia basata sulla teoria della risposta lineare di Green-Kubo e sui concetti della dinamica reticolare che collega perfettamente diversi approcci applicati a cristalli e vetri. La nuova metodologia tiene conto naturalmente degli effetti della meccanica quantistica, consentendo così finalmente la modellazione predittiva del trasporto di calore in materiali complessi disordinati nel regime quantistico a bassa temperatura a cui non è stata applicata alcuna tecnica esistente.

Questa impresa consentirà quindi a scienziati e ingegneri di comprendere e progettare il trasporto di calore per un'ampia varietà di applicazioni. Il raggiungimento di una conduttività termica estremamente bassa è essenziale per la raccolta di energia termoelettrica e il raffreddamento a stato solido, isolamento termico e rivestimento a barriera termica, mentre l'elevata conduttività termica è la chiave per la gestione del calore nell'elettronica ad alta potenza, batterie e fotovoltaico. Finalmente, nanostrutturato, policristallino, materiali altamente difettosi o addirittura vetrosi possono essere studiati con elevata precisione all'interno di un quadro unificato e praticabile.