La resistencia térmica de algunos materiales puede regularse aplicando un voltaje

Gestionar el flujo de calor es un aspecto clave para mejorar el comportamiento en un gran número de sistemas. El sobrecalentamiento de los dispositivos electrónicos, como teléfonos móviles o cualquier tipo de procesador, provoca fallos, disminuye su rendimiento y reduce su vida útil. Estas y otras tecnologías utilizan materiales con una determinada resistencia al flujo de calor que pasa a través de ellos. Esta resistencia térmica puede ser modulada aplicando un pequeño voltaje. Es la principal conclusión a la que llega un nuevo estudio llevado a cabo en el Grupo de Química de la Materia Condensada del Centro Singular de Investigación en Química Biolóxica e Materiais Moleculares (CiQUS), recientemente publicado en la revista ACS Applied Materials & Interfaces. El trabajo, dirigido por Rafael Ramos y Francisco Rivadulla, abre nuevas posibilidades para el diseño de reguladores térmicos y para el desarrollo de tecnologías más eficientes y sostenibles.

El diseño de nuevos materiales funcionales cuya conductividad térmica pueda ser regulable permite abordar desafíos como el de la disipación térmica en componentes electrónicos. Entre estos dispositivos de interés se encuentran los memristores (acrónimo formado a partir del inglés memory resistor), un componente con conmutación resistiva: al aplicar un campo eléctrico, el material puede alternar reversiblemente entre diferentes niveles de resistencia eléctrica. En el nuevo estudio, los investigadores han demostrado que en paralelo a la conmutación resistiva eléctrica, en la interfaz metal-óxido del material también se produce un efecto de conmutación resistiva térmica, debido a la acumulación de iones de oxígeno. Este cambio en la resistencia al flujo del calor se puede modular en torno a un 20%, a temperatura ambiente.

"Los óxidos son materiales con una resistencia térmica muy sensible a la concentración de oxígeno, por lo que al producir un desplazamiento de dichos iones cuando se aplica un campo eléctrico modificamos sus propiedades térmicas" explica Víctor Álvarez, doctorando del CiQUS y primer autor del estudio: "Dependiendo del estado resistivo del dispositivo, con un campo eléctrico hemos conseguido un aumento o disminución de la conductividad térmica de manera reversible". El trabajo forma parte del proyecto MEMTHERM, financiado a través de las ayudas para Proyectos Estratégicos Orientados a la Transición Ecológica y a la Transición Digital del Ministerio de Ciencia e Innovación, y que busca desarrollar nuevos termorreguladores basados en el control del movimiento de iones en óxidos dieléctricos.

Imagen: ACS Appl. Mater. Interfaces 2024, 16, 12, 15043-15049

Referencia: Interfacial Thermal Resistive Switching in (Pt,Cr)/SrTiO3 Devices. Víctor Álvarez-Martínez, Rafael Ramos, Víctor Leborán, Alexandros Sarantopoulos, Regina Dittmann, and Francisco Rivadulla. ACS Applied Materials & Interfaces 2024 16 (12), 15043-15049. DOI: 10.1021/acsami.3c19285