Los científicos de IBM miden la transferencia de calor a través de átomos individuales

Representación esquemática de la técnica de medición. Crédito:Nanotecnología de la naturaleza

Publicado hoy, utilizando una técnica que parece un trampolín, los científicos de IBM han medido la conductancia térmica de contactos de puntos cuánticos metálicos hechos de oro hasta el nivel de un solo átomo a temperatura ambiente por primera vez.

A medida que todo se escala a nanoescala, el calor, más precisamente, su pérdida, se convierte en un problema en la confiabilidad del dispositivo. Para abordar esto, el año pasado, científicos de IBM en Zurich y estudiantes de ETH Zurich publicaron y patentaron una técnica para medir la temperatura de estos objetos de tamaño nanométrico a 10 nanómetros o menos, un logro notable. Llamaron a la nueva técnica termometría de sonda de escaneo (video) y brindó a los ingenieros, por primera vez, la capacidad de mapear la pérdida de calor a través de un chip y, lo que es más importante, mapear la pérdida de calor hasta el nivel del dispositivo único y mapear la temperatura. distribuciones.

Configuración experimental utilizada en el documento. (haz clic en la foto para ampliarla)

Sin embargo, dado que el tamaño de los dispositivos electrónicos sigue reduciéndose, muy pronto 10 nanómetros ya no se considerarán “pequeña escala”. Probar cuál es la estructura más pequeña posible que se puede detectar térmicamente se volverá aún más crítico. Afortunadamente, para alivio de los científicos que trabajan en el desafío de la eliminación del calor, estos mismos inventores ahora están informando un nuevo avance para hacer precisamente eso, en la revista revisada por pares Nature Nanotechnology.

Los autores atribuyen su éxito a dos factores:un sistema microelectromecánico (MEMS) con un sensor térmico integrado que se opera dentro de un microscopio de túnel de barrido basado en el vacío (STM) y un laboratorio sin ruido de laboratorio extremadamente desacoplado, que está protegido de casi cualquier tipo de perturbación, incluido el campo magnético terrestre, las torres de telefonía celular y las vibraciones de un tren que pasa.

Como se informó:

El sistema esencialmente combina mediciones simultáneas del transporte de calor y carga para extraer la conductancia térmica y eléctrica de los contactos metálicos. De manera similar a otras configuraciones de unión de ruptura de STM, una punta de STM se usa para formar y romper contactos de pocos átomos en un sustrato cubierto por una capa metálica. Aquí, sin embargo, el electrodo inferior está integrado en un MEMS suspendido para aislarlo térmicamente del sustrato del chip.

Dr. Bernd Gotsmann, investigador de IBM en IBM Noise Free Laboratorio donde se realizó esta investigación. Crédito de la foto:Carl De Torres

"Las propiedades de la conducción de calor a través de las uniones atómicas han quedado por explorar por completo", dijo el Dr. Bernd Gotsmann, uno de los autores principales del artículo. “Al hacerlo, también probamos la validez de la ley de Wiedemann-Franz en los contactos de puntos cuánticos, que fue predicha originalmente por el ex científico de IBM Rolf Landauer”.

Además de medir la conductancia térmica dentro de los dispositivos electrónicos, los autores creen que sus resultados también podrían encontrar algunas aplicaciones adicionales.

Nico Mosso, científico de IBM y autor principal, explica:“Además de los contactos de puntos cuánticos de diferentes metales, la técnica también permitirá a los científicos caracterizar y controlar el calor incluso en dispositivos moleculares. Esto realmente abre muchas oportunidades y, con suerte, nos permite jugar con el calor en el futuro como lo hacemos con la electricidad hoy ".

Transporte de calor a través de contactos atómicos, Nico Mosso, Ute Drechsler, Fabian Menges, Peter Nirmalraj, Siegfried Karg, Heike Riel &Bernd Gotsmann, doi:10.1038 / nnano.2016.302

La investigación fue financiada parcialmente por la Comisión Europea en el marco del proyecto H2020 Molesco.