Cientistas da IBM Medem Condutância Térmica de Contatos de Ouro de Átomo Único à Temperatura Ambiente

Publicado hoje, pesquisadores da IBM em Zurique quantificaram, pela primeira vez, a condutância térmica de contatos quânticos metálicos feitos de ouro até um único átomo à temperatura ambiente.

À medida que dispositivos encolhem para a nanoescala, a dissipação de calor torna-se fator crítico de confiabilidade. No ano passado, cientistas da IBM em Zurique e estudantes da ETH Zurich pioneiraram uma técnica de termometria de sonda de varredura (vídeo) que pode medir temperaturas de estruturas tão pequenas quanto 10 nm. Este avanço permitiu aos engenheiros mapear perda de calor através de um chip — e, crucialmente, até dispositivos individuais — fornecendo insight sem precedentes sobre distribuições de temperatura.

Representação esquemática da técnica de medição. Crédito: Nature Nanotechnology

À medida que componentes eletrônicos se aproximam e eventualmente caem abaixo do limite de 10 nm, determinar a menor estrutura termicamente detectável será essencial. Para abordar isso, a mesma equipe relata um novo avanço na Nature Nanotechnology.

Os autores atribuem seu sucesso a duas inovações-chave: um sistema microeletromecânico (MEMS) com sensor térmico integrado operado dentro de um microscópio de tunelamento (STM) baseado em vácuo, e um "Laboratório Livre de Ruído" ultra-silencioso que protege o experimento de campos magnéticos, torres de celular e até trens passando.

Conforme descrito no artigo:

O sistema combina medições simultâneas de transporte de calor e carga para extrair a condutância térmica e elétrica de contatos metálicos. Como outros setups de junção de ruptura STM, uma ponta STM forma e quebra contatos de poucos átomos em um substrato coberto por uma camada metálica. Aqui, o eletrodo inferior é integrado em um MEMS suspenso, termicamente isolado do substrato do chip.

Pesquisador da IBM Dr. Bernd Gotsmann no Laboratório Livre de Ruído da IBM onde esta pesquisa foi conduzida. Crédito da foto: Carl De Torres

"As propriedades de condução de calor através de junções atômicas permaneceram amplamente inexploradas", disse Dr. Bernd Gotsmann, autor principal. "Nossas medições também confirmam a lei de Wiedemann-Franz em contatos quânticos pontuais, uma previsão originalmente feita pelo ex-cientista da IBM Rolf Landauer."

Além de medir condutância térmica em dispositivos eletrônicos, os autores preveem aplicações mais amplas. "Esta técnica permitirá que cientistas caracterizem e controlem calor mesmo em dispositivos moleculares", explicou o autor principal Nico Mosso. "Abre possibilidades de manipular calor tão facilmente quanto fazemos com eletricidade."

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

A pesquisa foi parcialmente financiada pela Comissão Europeia sob o projeto H2020 Molesco.

Evento Facebook Live: Junte-se ao Dr. Gotsmann em 10 de abril às 16h Paris (10h Nova York) na página do Facebook da IBM Research onde ele mostrará os Laboratórios Livres de Ruído da IBM, discutirá suas patentes e pesquisa, e responderá suas perguntas.

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