Científicos de IBM miden conductancia térmica de contactos de oro de un solo átomo a temperatura ambiente

Publicado hoy, investigadores de IBM en Zurich han cuantificado, por primera vez, la conductancia térmica de contactos cuánticos metálicos de punto hechos de oro hasta un solo átomo a temperatura ambiente.

A medida que los dispositivos se encogen a nanoescala, la disipación de calor se vuelve factor crítico de fiabilidad. El año pasado, científicos de IBM en Zurich y estudiantes de ETH Zurich pioneros una técnica de termometría de sonda de barrido (video) que puede medir temperaturas de estructuras tan pequeñas como 10 nm. Este avance permitió a ingenieros mapear pérdida de calor a través de un chip —y, crucialmente, hasta dispositivos individuales— proporcionando insight sin precedentes en distribuciones de temperatura.

Mientras componentes electrónicos se acercan y eventualmente caen por debajo del umbral 10-nm, determinar la estructura más pequeña térmicamente detectable será esencial. Para abordar esto, el mismo equipo reporta un nuevo avance en Nature Nanotechnology.

Los autores atribuyen su éxito a dos innovaciones clave: un sistema micro-electromecánico (MEMS) con sensor térmico integrado operado dentro de un microscopio de túnel de barrido (STM) basado en vacío, y un ultra-silencioso "Laboratorio Libre de Ruido" que protege el experimento de campos magnéticos, torres de telefonía e incluso trenes que pasan.

Como se describe en el artículo:

El sistema combina mediciones simultáneas de transporte de calor y carga para extraer la conductancia térmica y eléctrica de contactos metálicos. Como otras configuraciones STM break-junction, una punta STM forma y rompe contactos de pocos átomos en un sustrato cubierto por una capa metálica. Aquí, el electrodo inferior está integrado en un MEMS suspendido, térmicamente aislándolo del sustrato del chip.

"Las propiedades de conducción de calor a través de uniones atómicas han permanecido largamente inexploradas," dijo el Dr. Bernd Gotsmann, autor principal. "Nuestras mediciones también confirman la ley de Wiedemann-Franz en contactos cuánticos de punto, predicción hecha originalmente por el ex-científico de IBM Rolf Landauer."

Más allá de medir conductancia térmica en dispositivos electrónicos, los autores prevén aplicaciones más amplias. "Esta técnica permitirá a científicos caracterizar y controlar calor incluso en dispositivos moleculares," explicó el autor principal Nico Mosso. "Abre posibilidades para manipular calor tan fácilmente como lo hacemos con electricidad."

Heat transport through atomic contacts, 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 bajo el proyecto H2020 Molesco.

Evento Facebook Live: Únase al Dr. Gotsmann el 10 de abril a las 4 PM París (10 AM Nueva York) en la página Facebook de IBM Research donde mostrará los Laboratorios Libres de Ruido de IBM, discutirá sus patentes e investigación, y responderá sus preguntas.

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