Una descrizione completa del trasporto termico su nanoscala è un problema fondamentale che ha sfidato la comprensione per decenni. Qui, i ricercatori scoprono un nuovo regime di trasporto termico vicino a strutture su nanoscala, dove controintuitivamente, i punti caldi su scala nanometrica si raffreddano più rapidamente se posizionati vicini l'uno all'altro rispetto a quando sono ampiamente separati.

Questa scoperta suggerisce nuovi approcci per affrontare la sfida significativa della gestione del calore nei nanosistemi, con implicazioni progettuali per i circuiti integrati, dispositivi termoelettrici, terapie termiche mediate da nanoparticelle, e il fotovoltaico nanopotenziato per migliorare le tecnologie di energia pulita.

Una grande sfida nelle industrie dei semiconduttori e dell'elettronica è che man mano che le caratteristiche su scala nanometrica diventano più piccole e i processi diventano più veloci, quantità significative di calore devono essere rapidamente portate via dalle nanostrutture. Una squadra di JILA, Università del Colorado, e il Lawrence Berkeley National Laboratory hanno fatto una scoperta controintuitiva:è molto più facile raffreddare le nanostrutture calde quando sono disposte strettamente insieme piuttosto che distanti. Questo risultato è entusiasmante per il settore del trasporto termico perché nel 2010 lo stesso team ha dimostrato che piccoli, gli hotspot isolati sono, infatti, abbastanza difficile da raffreddare. Negli esperimenti in corso, il team ha modellato una serie di nanostrutture su materiali diversi. Quando le nanostrutture sono state riscaldate con un laser a infrarossi, emettevano fononi (vibrazioni reticolari), che viaggiava nel substrato e si scontrava con altri fononi, portando via il calore.

Quando le nanostrutture sono state posizionate vicine tra loro, il raffreddamento era più efficiente perché non importava se i fononi interagenti provenissero dalla stessa grande nanostruttura calda o da piccole nanostrutture calde vicine. Così, paradossalmente, disporre le nanostrutture calde più strettamente insieme ha effettivamente migliorato la dissipazione del calore. Questi esperimenti hanno permesso ai ricercatori di determinare quali vibrazioni reticolari portano via il calore da una regione calda e anche di prevedere nuovi modi per progettare la velocità di raffreddamento in un materiale.