El sistema con el que se tomaron las medidas.Los especialistas del Laboratorio de Investigación de IBM Zurich pudieron obtener evidencia experimental de la posibilidad de aislar y medir un solo calor cuántico. Mirando hacia el futuro, podemos decir que los resultados del experimento probablemente ayudarán a los ingenieros y científicos a superar los problemas con la eficiencia de la eliminación de calor de los elementos de los dispositivos electrónicos modernos. En cuanto al experimento en sí, los científicos pudieron medir la conductividad térmica de los átomos metálicos individuales, en este caso, el oro. Por primera vez en la historia de la ciencia, los científicos han realizado con éxito un experimento similar a temperatura ambiente.
El primer intento de medir la conductividad térmica de átomos individuales fue realizado por investigadores del Instituto de Tecnología de California en 1999. El experimento también se consideró exitoso, pero las mediciones se llevaron a cabo a temperaturas ultrabajas. Luego, los científicos pudieron confirmar experimentalmente la validez de la ley Wiedemann-Franz. Esta es una ley física que establece que para los metales, la relación del coeficiente de conductividad térmica (o el tensor de conductividad térmica) a la conductividad eléctrica (o el tensor de conductividad) es proporcional a la temperatura.
Gracias al resultado, los especialistas ahora podrán predecir los efectos térmicos y eléctricos a nivel subatómico o dentro de una sola molécula.
"A pesar de que la ley misma fue formulada y demostró ser justa para ciertos metales, fue difícil demostrar su validez cuando se pasó a la nanoescala", explica Bernd Gostmann, uno de los principales investigadores del trabajo.
Para realizar mediciones con éxito a nivel subatómico, se necesitan herramientas confiables. Pero crearlos por razones obvias es bastante difícil. Sin embargo, el año pasado, científicos del Laboratorio de Investigación IBM Zurich en colaboración con especialistas de la Escuela Técnica Superior Suiza de Zúrich (Eidgenössische Technische Hochschule Zürich de Alemania) desarrollaron y patentaron la tecnología correspondiente. Con su ayuda, fue posible crear un sistema que puede medir la temperatura de los objetos con un tamaño de 10 nanómetros o menos. La tecnología se llama "termometría de sonda de exploración". El beneficio práctico aquí es que al usar este equipo puede crear un mapa de distribución de calor a través de la parte electrónica. Y esto, a su vez, abre la posibilidad de diseñar elementos que se enfríen efectivamente.
Sin embargo, 10 nanómetros según los estándares modernos ya es una resolución insuficiente para el equipo. Por lo tanto, los científicos han creado una herramienta que puede medir la conductividad térmica de átomos individuales, como se discutió anteriormente.
El éxito fue posible gracias a dos factores clave. El primero es un sistema microelectromecánico con un sensor térmico integrado, que funciona como parte de un microscopio electrónico de túnel de barrido al vacío. El electrodo, con el que se toman las medidas, está aislado de la influencia térmica del entorno del chip.
"En nuestro trabajo, demostramos la exactitud de la ley Wiedemann - Franz con respecto a los contactos de puntos cuánticos, que fue predicho por el científico de IBM Rolf Landauer", dijo uno de los participantes del estudio. Gracias al trabajo de científicos del Laboratorio de Investigación de IBM en Zurich, los especialistas ahora podrán controlar la distribución de calor en dispositivos del tamaño de una o más moléculas. Y esto abre enormes oportunidades para la electrónica, la ciencia de los materiales y otras áreas de la ciencia y la tecnología.