Físicos de la UAM logran obtener la transferencia de calor radiativa más alta propuesta hasta la fecha

En el trabajo, que se publica en 'Physical Review Letters', han participado Víctor Fernández Hurtado, Francisco José García Vidal y Juan Carlos Cuevas Rodríguez, de la UAM; y el investigador Shanhui Fan, de la Universidad de Stanford.

Según informa la UAM, la transferencia de calor entre dos objetos se puede llevar a cabo por medio de tres mecanismos básicos: conducción, convección y radiación. El intercambio de calor por radiación es uno de los fenómenos más universales que existen y es, por ejemplo, el que hace posible que el Sol caliente la Tierra.

En los últimos años se ha descubierto que cuando dos objetos están muy próximos, la transferencia radiativa de calor puede aumentarse en órdenes de magnitud. Sin embargo, todavía no se conoce cuál es el límite máximo de energía que puede llegar a ser intercambiada por este mecanismo. Pero ahora, físicos de la UAM han mostrado que el silicio dopado, periódicamente perforado, intercambia más calor por radiación que ningún otro material.

LOS DIELÉCTRICOS POLARES ALBERGABAN EL RÉCORD

Hasta la fecha, los materiales que más calor emiten en el campo cercano son los denominados dieléctricos polares, como el carburo de silicio o la sílice, sistemas que tienen una estructura atómica muy particular: son grandes emisores térmicos cuando la distancia entre ellos es muy pequeña (del orden de una micra o menos).

En su trabajo, los científicos utilizaron una estrategia diferente para explorar los límites de la radiación térmica. En vez de un material dieléctrico, emplearon un semiconductor como el silicio dopado para analizar teóricamente el intercambio de radiación.

"Aunque el silicio dopado no es un gran emisor térmico en estas escalas, intuíamos que sus propiedades emisoras debían mejorar al introducir una nanored periódica de agujeros en el material", afirman los autores, que vieron que su resultado era "extraordinario". "Supera en un factor 3 a la energía transferida por radiación entre dieléctricos polares, que hasta ahora tenían el récord en la transferencia radiativa", detallan.

Para el experimento, los autores emplearon el denominado "formalismo de la matriz de scattering", que hasta ahora no había podido ser utilizado para abordar este problema debido a su lenta convergencia. Gracias a la correcta resolución de las ecuaciones de Maxwell en el contexto de la radiación térmica, los investigadores lograron analizar el material, dando un paso más en el conocimiento de los límites de la radiación térmica.

Además de ser importantes desde un punto de vista fundamental, estos resultados acercan el desarrollo de nuevas tecnologías térmicas, como las células termofotovoltaicas, la litografía térmica o el grabado magnético asistido por calor.