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» » » La mejora de los materiales termoeléctricos pueden empujar la ley de Moore

Referencia: KurweilAI.net , 2 septiembre 2013

La acumulación de calor en los chips de una computadora es un factor clave que conduce a progresar en los chips que chocan contra el muro de la energía eléctrica, bloqueando los aumentos de velocidad del chip y ralentizando la duplicación de la densidad chip-transistor (ley de Moore) .

Una de las soluciones consiste en los materiales termoeléctricos, que convierten el calor en electricidad y pueden ser usados como refrigerantes (también usados como refrigeradores en estado sólido) [1].

Pero el progreso en el desarrollo de estos materiales también choca contra un muro. Esto se debe a que los materiales que presentan una mayor conductividad eléctrica, pero menos conductividad térmica (de manera que el calor no se disipe de nuevo en el chip) no hay disponibles.

Traqueteo de iones enjaulados a menor conductividad térmica

Lograr esto es teóricamente posible, dado el "traqueteo de iones en jaulas" de cristales con estructuras cristalinas complejas, pero estos cristales han sido difíciles de estudiar.

Ahora un equipo internacional de científicos ha descubierto una solución. Dirigidos por Jon Goff de Royal Holloway, de la Universidad de Londres, llevaron a cabo una serie de experimentos con cristales de cobaltato de sodio, usando rayos X y experimentos de dispersión de neutrones realizados en la European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) y el Institut Laue- Langevin (ILL)  en Grenoble.

Los experimentos fueron capaces de identificar los "modos de traqueteo" específicos que suprimen la conductividad térmica por un factor de seis, en comparación con el cobaltato de sodio libre.

Los científicos creen que su enfoque también se puede aplicar a otras sustancias, además del cobaltato de sodio, ya que dicho enfoque sólo requiere pequeños cristales.

Mejorar los chips 3D

Los óxidos son particularmente atractivos, puesto que ya se emplean ampliamente en los circuitos integrados y, en última instancia, deberían poder incluirse en el proceso de producción de chips, señaló Goff.

Esto podría ser especialmente importante para los chips 3D (agregando capas que añaden la acumulación de calor) y circuitos integrados de un "sistema de chip", los cuales integran todos los componentes de una computadora u otro dispositivo en un solo chip.

Si somos capaces de mejorar el diseño de los materiales termoeléctricos", podremos reducir el consumo de energía de los vehículos, a través de la conversión de calor residual del escape en energía eléctrica, así como enfriar los puntos calientes de los chips de ordenador que utilizan refrigerantes de estado sólido", explicaba Goff.

Los refrigerantes termoeléctricos también se utilizan en acondicionadores de aire y en el equipamiento científico, donde se requiere una respuesta rápida a los cambios de temperatura. Usar este método de recuperación de energía también es útil para las aplicaciones eléctricas fuera de la red, incluso en el espacio.

"El desarrollo de los óxidos termoeléctricos es una alternativa ambientalmente limpia a los materiales actuales que contienen elementos que son perjudiciales, como el plomo, bismuto o antimonio, u otras que se hayan en cantidades limitadas, como el telurio", añadió Goff .

[1] Nota: Los materiales termoeléctricos convierten el calor residual en electricidad útil a través del "efecto termoeléctrico" : Un dispositivo termoeléctrico crea tensión cuando hay distintas temperaturas en cada lado .


- Referencias: D. J. Voneshen et al., Suppression of thermal conductivity by rattling modes in thermoelectric sodium cobaltate, Nature Materials, 2013, DOI: 10.1038/nmat3739 .
- Imagen: Una supercelda de sodio cobaltato muestra un modo de traqueteo que comprende principalmente los desplazamientos de los iones de sodio (rojo) dentro de grupos de tres vacantes. La introducción de estos modos a bajas energías reduce la velocidad del grupo a lo largo del gradiente térmico, suprime la conductividad térmica por un factor de seis en comparación con la vacante libre de cobaltato de sodio. (Foto: ESRF)
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Editor del blog Pedro Donaire

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