Uno dei maggiori problemi nella progettazione di componenti elettronici è l'eliminazione del calore in eccesso. Ora, I ricercatori di A*STAR hanno trovato un modo semplice per variare il flusso di calore nel grafene, una svolta che migliorerà i tentativi di sfruttare il calore superfluo nell'elettronica.

Grafene, un materiale bidimensionale costituito da un foglio di carbonio spesso un atomo, ha una conducibilità termica straordinariamente elevata. Liu Xiangjun dell'A*STAR Institute of High Performance Computing e i suoi collaboratori hanno sviluppato un modo per ridurre la conduttività termica del grafene, consentendo di deviare il calore in eccesso verso componenti in grado di dissiparlo o addirittura trasformarlo in elettricità.

Le simulazioni del team hanno mostrato che il bloccaggio del grafene tra altri due fogli di grafene sarà, con una pressione solo moderata, ridurre la conducibilità termica di un terzo. L'aggiunta di più morsetti e la variazione della pressione consente di regolare il flusso di calore, creando un 'modulatore termico', simili a componenti elettrici come resistori variabili che controllano il flusso di elettricità.

Un altro vantaggio è che il bloccaggio non provoca danni permanenti al grafene. Approcci popolari per modificare le proprietà termiche del grafene includono il drogaggio o l'introduzione di difetti nella sua struttura, che cambiano il materiale in modo permanente. L'approccio del team A*STAR, però, offre un notevole guadagno. "Non cambia la struttura cristallina ed è completamente reversibile:se la pressione viene rimossa, il grafene ritorna al suo stato originario, " spiega Liu.

Il design del team è stato sviluppato utilizzando la dinamica molecolare per simulare il movimento dei fononi, l'equivalente termico dei fotoni dell'elettromagnetismo. Hanno scoperto che i fononi venivano dispersi perché la forza meccanica spostava i livelli di energia dei fononi e causava una mancata corrispondenza con i livelli di energia nel grafene sbloccato.

Liu è stato particolarmente sorpreso di scoprire che i confini dell'area bloccata hanno avuto il più grande spostamento del livello di energia e quindi hanno dominato la dispersione, e l'effetto era meno significativo al centro dei morsetti. "Non ce lo aspettavamo, " ha detto Liu. "Abbiamo rivelato alcuni principi fondamentali che governano il trasporto termico".

Per creare più confini, il team ha cambiato la simulazione da un'unica area bloccata a più aree più piccole e ha scoperto che la conduttività termica è effettivamente diminuita drasticamente.

Liu avverte che l'effetto dipende dalla natura bidimensionale del grafene e non funzionerà con materiali sfusi. "Le persone sono sempre più interessate alla costruzione di circuiti integrati tridimensionali che necessitano di materiali bidimensionali. Penso che il nostro approccio possa far parte di questi sistemi, " Egli ha detto.