Investigadores del Centro de Investigación Avanzada en Ciencias de la Ciudad Universitaria de Nueva York (CUNY ASRC) publicaron recientemente un estudio innovador en la revista Nature que presenta un método más eficiente para excitación de ondas infrarrojas de onda larga y terahercios, ofreciendo una nueva esperanza para abordar los problemas de sobrecalentamiento en dispositivos electrónicos. Esta tecnología innovadora se centra en el uso de dos materiales clave: grafeno y nitruro de boro hexagonal (hBN), para excitar y controlar de manera efectiva los fonón-polaritones, un tipo especial de onda electromagnética.
El grafeno, una capa de átomos de carbono de un solo átomo de grosor, es reconocido por su excepcional conductividad eléctrica y alta movilidad de electrones. En este estudio, el grafeno se inserta ingeniosamente entre dos capas de nitruro de boro hexagonal, creando una heteroestructura altamente ordenada. El nitruro de boro hexagonal es un aislante cristalino hexagonal conocido por su excelente conductividad térmica y propiedades aislantes eléctricas. Su estructura cristalina complementa la del grafeno, mejorando la movilidad de electrones en todo el sistema.
La combinación única de estos materiales radica en la manera en que el nitruro de boro hexagonal encapsula el grafeno, protegiéndolo de perturbaciones ambientales externas mientras incrementa aún más la movilidad de electrones dentro de la capa de grafeno. Esta alta movilidad permite que los electrones aceleren más rápidamente bajo la influencia de una corriente eléctrica, facilitando interacciones eficientes con fonón-polaritones hiperbólicos (HPhPs) dentro del hBN. Estas interacciones no solo aumentan la eficiencia de excitación de los fonón-polaritones, sino que también permiten que estas ondas electromagnéticas especiales focalicen la energía infrarroja de onda larga en regiones a escala nanométrica, logrando así una gestión térmica altamente eficiente.
Los resultados experimentales demostraron que aplicar un campo eléctrico de solo 1 V/µm fue suficiente para excitar significativamente la electroluminiscencia de los HPhPs. Este hallazgo supera las limitaciones previas que dependían de costosos láseres de infrarrojo medio o terahercios para la excitación, haciendo que la aplicación práctica de los fonón-polaritones sea más rentable y eficiente. Este avance tecnológico no solo mejora las aplicaciones potenciales de los fonón-polaritones en la gestión térmica y tecnologías infrarrojas, sino que también sienta una base sólida para el desarrollo de sensores moleculares de próxima generación.
El efecto sinérgico del grafeno y el nitruro de boro hexagonal en esta investigación subraya el papel crucial que juegan los materiales avanzados para resolver los desafíos de gestión térmica de los dispositivos electrónicos modernos. A medida que esta tecnología continúa siendo optimizada y difundida, se espera que los dispositivos electrónicos futuros se vuelvan más compactos, eficientes y ahorradores de energía, impulsando el avance de tecnologías energéticamente eficientes y compactas, y redefiniendo el rendimiento y el alcance de aplicaciones de los dispositivos electrónicos modernos.
Stanford Advanced Materials (SAM) proporciona grafeno y nitruro de boro hexagonal de alta calidad.
