I fisici stanno ora progettando nuovi materiali con proprietà fisiche su misura per soddisfare specifiche esigenze di consumo energetico. Prima di poter applicare questi cosiddetti material-by-design, è fondamentale comprenderne le caratteristiche, come il flusso di calore. Ora, un team di fisici italiani ha sviluppato un modello teorico predittivo per il flusso di calore in questi materiali, utilizzando calcoli su scala atomica.
La ricerca, condotta da Claudio Melis e colleghi dell'Università degli Studi di Cagliari, Italia, è pubblicato su Giornale Europeo di Fisica B . Le loro scoperte potrebbero avere implicazioni per l'ottimizzazione del budget termico dei dispositivi nanoelettronici, il che significa che potrebbero aiutare a dissipare la quantità totale di energia termica generata dalle correnti di elettroni, o nella produzione di energia attraverso effetti termoelettrici in nuovi nanomateriali.
Gli autori si sono basati su simulazioni di dinamica molecolare su larga scala per studiare il trasporto termico su nanoscala e determinare le corrispondenti caratteristiche fisiche, che determinano la conducibilità termica. I metodi di calcolo atomistico tradizionali comportano un pesante carico di lavoro computazionale, che a volte impedisce la loro applicazione a sistemi abbastanza grandi da modellare la complessità strutturale sperimentale di campioni reali.
Anziché, Melis e colleghi hanno adottato un metodo chiamato approccio alla dinamica molecolare dell'equilibrio (AEMD), che è robusto e adatto a rappresentare grandi sistemi. Così, può utilizzare simulazioni per fornire previsioni affidabili sul trasporto termico. Gli autori hanno studiato la misura in cui l'affidabilità dei risultati del metodo AEMD è influenzata da eventuali problemi di implementazione.
Inoltre, hanno applicato il metodo al trasporto termico in silicio nanostrutturato, un sistema di interesse attuale ad alto potenziale impatto sulla tecnologia termoelettrica, utilizzando simulazioni di dimensioni senza precedenti. In definitiva, il modello potrebbe essere applicato a semiconduttori utilizzati come termoelettrici ad alta efficienza, e ai nanonastri di grafene utilizzati come dissipatori di calore per i cosiddetti dispositivi di integrazione su scala ultra larga, come i microprocessori dei computer.
