Científicos de varios países han logrado identificar un fenómeno que desafía todos los conceptos tradicionales sobre el control del calor en la electrónica. Este descubrimiento podría ofrecer una solución para evitar el sobrecalentamiento de los dispositivos electrónicos.
Un equipo del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC), en colaboración con la Universidad de Colorado Boulder (Estados Unidos), ha revelado por primera vez un mecanismo de transporte de calor que rompe con las normas clásicas de la ingeniería térmica. Los hallazgos fueron publicados en la revista Nature Materials.
Uno de los desafíos más importantes que enfrenta la sociedad actual es lograr un uso sostenible de los recursos y la energía. Este reto debe ser conciliado con el crecimiento de las tecnologías digitales, como la inteligencia artificial, que, según estimaciones, consumirá alrededor del 5% de la energía mundial. Esta información fue recordada por el ICMM-CSIC en una nota de prensa emitida el miércoles 2 de abril de 2025.
El descubrimiento ofrece una nueva esperanza en la búsqueda de dispositivos electrónicos que sean más potentes y, al mismo tiempo, más eficientes, según la misma fuente.
El problema del sobrecalentamiento
“¿A quién no se le ha calentado el móvil tras abrir varias aplicaciones, usar el GPS o ver vídeos?”, plantea de manera retórica Guilherme Vilhena, investigador del ICMM-CSIC y uno de los autores principales del estudio. Vilhena asegura que la corriente que alimenta esos circuitos genera tanto calor que podría llegar a dañar el dispositivo.
El investigador también destacó la importancia de enfriar los circuitos electrónicos, especialmente cuando están tan compactados como en un teléfono inteligente o en los procesadores de los centros de supercomputación que alimentan la inteligencia artificial.
En estos centros, el coste energético de enfriar los procesadores puede ser igual o incluso mayor que la energía utilizada para alimentarlos. “Este es un desafío crítico que exige nuevas soluciones térmicas disruptivas”, señaló Vilhena.
Un nuevo enfoque en la mecánica cuántica
Para abordar este problema, los investigadores han rescatado un concepto de la mecánica cuántica, conocido como la dualidad onda-partícula, y han detallado en qué consiste su descubrimiento.
“De forma clásica, podemos entender el flujo de calor como partículas (fonones) que se propagan desde una fuente caliente hacia una fría”, explicó Pablo Martínez, también investigador del ICMM-CSIC y autor del trabajo. Sin embargo, cuando se baja a la escala nanométrica (la milmillonésima parte de un metro, que es el tamaño típico de los componentes de un microchip), “la naturaleza ondulatoria de este fenómeno emerge”.
Los autores del estudio han observado por primera vez a temperatura ambiente las propiedades ondulatorias de estos ‘portadores de calor’. Comprobaron que “explotar este nuevo carácter (ondulatorio) permite diseñar formas de suprimir casi por completo el flujo térmico, algo que era inalcanzable en los paradigmas clásicos”.
Colaboración internacional
La Universidad de Colorado Boulder ha estado perfeccionando sondas térmicas durante años, lo que ahora ha permitido estudiar el transporte de calor a la nanoescala. “Nuestros colaboradores nos contactaron con un resultado intrigante: cambiando muy ligeramente la estructura de una molécula se conseguía suprimir el transporte de calor en más de un 40%”, relató Martínez, miembro del equipo de Vilhena. Finalmente, fue en el ICMM-CSIC donde se logró explicar este fenómeno.
Durante los últimos años, el grupo del ICMM-CSIC ha colaborado con la Universidad Autónoma de Madrid para desarrollar nuevos métodos teóricos y numéricos que permiten entender átomo a átomo la relación entre las vibraciones térmicas y la capacidad de transmitir calor.
Implicaciones del descubrimiento
El trabajo, que también contó con la participación de investigadores del Consiglio Nazionale delle Ricerche (Italia), abre oportunidades para estudiar numerosas propiedades materiales basadas en el carácter ondulatorio de los portadores de calor (fonones).
“Estamos un paso más cerca de diseñar algo tan revolucionario como dispositivos que dejen pasar el calor solo en un sentido”, destacó Pablo Martínez.
Este avance permitiría canalizar la energía perdida en forma de calor en cualquier industria para su aprovechamiento, reciclaje o el diseño de ventanas inteligentes que calienten o enfríen de manera activa según la estación del año, entre otras aplicaciones, concluyeron los investigadores.
Fuente: EFE.
