O sistema com o qual as medições foram realizadasOs especialistas do IBM Zurich Research Laboratory conseguiram obter evidências experimentais da possibilidade de isolar e medir um único quantum de calor. Olhando para o futuro, podemos dizer que os resultados do experimento provavelmente ajudarão engenheiros e cientistas a superar problemas com a eficiência da remoção de calor de elementos de dispositivos eletrônicos modernos. Quanto ao experimento em si, os cientistas foram capazes de medir a condutividade térmica de átomos de metal individuais - neste caso, o ouro. Pela primeira vez na história da ciência, os cientistas conduziram com sucesso um experimento semelhante à temperatura ambiente.
A primeira tentativa de medir a condutividade térmica de átomos individuais foi feita por pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Califórnia em 1999. O experimento também foi considerado bem-sucedido, mas as medições foram realizadas em temperaturas muito baixas. Então, os cientistas foram capazes de confirmar experimentalmente a validade da lei de Wiedemann-Franz. Essa é uma lei física que afirma que, para os metais, a razão entre o coeficiente de condutividade térmica (ou o tensor de condutividade térmica) e a condutividade elétrica (ou o tensor de condutividade) é proporcional à temperatura.
Graças ao resultado, os especialistas agora poderão prever efeitos térmicos e elétricos no nível subatômico ou dentro de uma única molécula.
"Apesar do fato de a própria lei ter sido formulada e ser justa para certos metais, era difícil provar sua validade ao mudar para a nanoescala", explica Bernd Gostmann, um dos principais pesquisadores da obra.
Para realizar medições com sucesso no nível subatômico, são necessárias ferramentas confiáveis. Mas criá-los por razões óbvias é bastante difícil. No entanto, no ano passado, cientistas do IBM Zurich Research Laboratory, em parceria com especialistas da Escola Técnica Superior Suíça de Zurique (alemão Eidgenössische Technische Hochschule Zürich), desenvolveram e patentearam a tecnologia correspondente. Com sua ajuda, foi possível criar um sistema capaz de medir a temperatura de objetos com tamanho de 10 nanômetros ou menos. A tecnologia é chamada "termometria da sonda de digitalização". O benefício prático aqui é que, usando este equipamento, você pode criar um mapa de distribuição de calor através da parte eletrônica. E isso, por sua vez, abre a possibilidade de projetar elementos que são efetivamente resfriados.
No entanto, 10 nanômetros pelos padrões modernos já são uma resolução insuficiente para o equipamento. Portanto, os cientistas criaram uma ferramenta que pode medir a condutividade térmica de átomos individuais, como discutido acima.
O sucesso foi possível por dois fatores principais. O primeiro é um sistema microeletromecânico com sensor térmico integrado, que opera como parte de um microscópio eletrônico de varredura a vácuo. O eletrodo com o qual as medições são realizadas é isolado da influência térmica do ambiente do chip.
"Em nosso trabalho, provamos a correção da lei Wiedemann - Franz com relação aos contatos de pontos quânticos, prevista pelo cientista da IBM Rolf Landauer", disse um dos participantes do estudo. Graças ao trabalho de cientistas do IBM Research Laboratory em Zurique, especialistas agora poderão controlar a distribuição de calor em dispositivos do tamanho de uma ou mais moléculas. E isso abre enormes oportunidades para a eletrônica, ciência dos materiais e outras áreas da ciência e tecnologia.