Pubblicata sulla rivista Physical Review Letters, la ricerca fornisce un modo per comprendere il comportamento del trasporto termico negli isolanti e nei semiconduttori quando sottoposti a condizioni estreme come temperature o pressioni elevate.
Lo studio offre anche spunti sulla progettazione di materiali termoelettrici di prossima generazione, che potrebbero essere utilizzati per convertire in modo efficiente l’energia termica in energia elettrica.
"Quello che abbiamo mostrato qui è un nuovo modo di pensare al trasporto termico negli isolanti e nei semiconduttori", ha affermato il dottor Joshua Kretchmer, assistente professore presso la Scuola di Fisica della Georgia Tech e autore principale dello studio. “I nostri risultati potrebbero portare a nuovi materiali con proprietà termiche migliorate e aprire la strada a una conversione energetica più efficiente”.
Uno dei risultati chiave dello studio è il ruolo delle "quasiparticelle" nel trasporto del calore nei solidi. Queste quasiparticelle sono eccitazioni nel reticolo cristallino che si comportano come particelle, ma non sono oggetti reali e osservabili.
Nei materiali convenzionali, il trasporto del calore è spesso dominato dalle vibrazioni degli atomi all’interno del reticolo cristallino, che può essere pensato come un insieme di molle e masse. Tuttavia, in alcuni materiali, come quelli utilizzati nei dispositivi termoelettrici, il trasporto del calore è dominato dal movimento di quasiparticelle, come elettroni o lacune.
I ricercatori hanno scoperto che l'interazione tra queste quasiparticelle e le vibrazioni atomiche gioca un ruolo cruciale nel determinare le proprietà di trasporto termico di un materiale. In particolare, hanno scoperto che quando l’interazione è forte, il trasporto di calore è ridotto.
"Il nostro lavoro dimostra che l'interazione tra quasiparticelle e vibrazioni è incredibilmente importante per comprendere il trasporto termico nei solidi", ha affermato il dott. Kretchmer. "Controllando questa interazione, potremmo potenzialmente progettare materiali con conduttività termica molto più alta o più bassa, a seconda dell'applicazione desiderata."
Il dottor Kretchmer e il suo team stanno ora lavorando per applicare il quadro teorico alla progettazione di nuovi materiali termoelettrici e per comprendere le proprietà di trasporto termico di altri materiali, come isolanti topologici e superconduttori.
