Cientistas de vários países identificaram um fenómeno que rompe com todos os paradigmas conhecidos de controlo do calor no campo da eletrónica e aponta agora uma forma de evitar o sobreaquecimento dos dispositivos.
Uma equipa do Instituto de Ciência dos Materiais de Madrid (ICMM-CSIC), em conjunto com a Universidade do Colorado em Boulder (Estados Unidos), revelou pela primeira vez um mecanismo de transporte de calor que rompe com os paradigmas clássicos da engenharia térmica e publicou os resultados do seu trabalho na revista Nature Materials.
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Um dos maiores desafios sociais da atualidade é conseguir uma utilização sustentável dos recursos e da energia e conciliar este desafio com o surgimento das tecnologias digitais, como a inteligência artificial, que, segundo algumas estimativas, consumirá cerca de 5% da energia mundial, recordou o ICMM-CSIC num comunicado divulgado na quarta-feira.
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A descoberta representa uma nova esperança na procura de dispositivos eletrónicos mais potentes e eficientes, sublinhou a mesma fonte.
“Quem nunca sentiu o telemóvel aquecer depois de abrir várias aplicações, usar o GPS ou ver vídeos?”, questionou Guilherme Vilhena, investigador do ICMM-CSIC e um dos principais autores do artigo.
O cientista lembrou que a corrente que alimenta estes circuitos gera tanto calor que pode danificar o dispositivo.
Por isso, o investigador destacou no artigo a importância de arrefecer os circuitos eletrónicos, sobretudo quando são tão compactos como os de um smartphone ou dos processadores dos centros de supercomputação que alimentam a inteligência artificial.
Nestes centros, o custo energético do arrefecimento dos processadores pode ser igual ou até superior à energia utilizada para os alimentar.
“Este é um desafio crítico que exige soluções térmicas novas e disruptivas”, apontou Vilhena.
Para abordar esta questão, os investigadores fizeram renascer um conceito da mecânica quântica, o de “dualidade onda-partícula”, e detalharam o que a sua descoberta envolve.
“Classicamente, podemos entender o fluxo de calor como partículas (fônons) que se propagam de uma fonte quente para uma fria”, explicou Pablo Martínez, também investigador do ICMM-CSIC e autor do trabalho.
No entanto, quando se desce para a escala nanométrica (um bilionésimo de metro, e o tamanho típico dos componentes do microchip), “a natureza ondulatória deste fenómeno emerge”.
Os autores observaram as propriedades ondulatórias destes “transportadores de calor” à temperatura ambiente pela primeira vez e descobriram que “a exploração deste novo caráter (ondulatório) permite conceber formas de suprimir quase completamente o fluxo de calor, algo que era inatingível nos paradigmas clássicos.
A Universidade do Colorado em Boulder passou anos a aperfeiçoar sondas térmicas que abriram agora a possibilidade de estudar este transporte de calor à escala nano.
“Os nossos colaboradores contactaram-nos com um resultado intrigante: alterando muito ligeiramente a estrutura de uma molécula, conseguimos suprimir o transporte de calor em mais de 40%”, explicou Martínez, membro da equipa de Vilhena.
O trabalho, no qual participaram também investigadores do Consiglio Nazionale delle Ricerche (Itália), abre oportunidades para estudar inúmeras propriedades dos materiais com base na natureza ondulatória dos portadores de calor (fônons).
“Estamos um passo mais perto de conceber algo tão revolucionário como dispositivos que permitem que o calor passe apenas numa direção”, realçou Pablo Martínez.
O avanço permitiria a qualquer indústria canalizar a energia perdida sob a forma de calor para reciclagem, ou projetar janelas inteligentes que aquecem ou arrefecem ativamente dependendo da estação do ano, entre outras aplicações, concluíram os investigadores.
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