Tecnologia de compressão do calor fica ao alcance do uso prático

Redação do Site Inovação Tecnológica - 23/05/2025

O segredo da compressão do calor está nas quasipartículas chamadas polaritons, um híbrido de fônons (partículas de calor) e fótons (partículas de luz).
[Imagem: Konnor Koons et al. - 10.1002/adfm.202501041]

Compressão das ondas luminosas

Já existem várias técnicas para compactar a luz, comprimindo-a abaixo do limite de difração, e essa miniaturização da luz está permitindo deslanchar uma série de áreas, incluindo toda a tecnologia fotônica, os processadores de luz e, claro, a computação quântica.

Paralelamente, trabalhos recentes mostraram que o calor também pode se mover como uma onda. Além de permitir resfriar eletrônicos instantaneamente, essa demonstração levou a uma decorrência muito lógica: É possível comprimir o calor, assim como comprimimos a luz.

Então, há menos de um ano, uma equipe da Universidade da Carolina do Norte, nos EUA, demonstrou como comprimir o calor a um décimo do seu tamanho usando filmes finos, materiais laminados com poucos átomos de espessura.

Agora, a mesma equipe demonstrou três vantagens adicionais que tornam esses filmes verdadeiramente úteis para aplicações práticas envolvendo a manipulação do calor.

"A película fina que usamos é uma membrana cristalina de titanato de estrôncio," conta o professor Yin Liu. "Em nosso trabalho anterior, realizamos os testes de caracterização em um substrato de silício e descobrimos que o material tinha propriedades fascinantes, mas sofria de perdas elevadas. Em outras palavras, grande parte da energia luminosa era perdida na forma de calor, o que significa que a luz não conseguia se propagar por longas distâncias."

Isto agora mudou.

A caracterização detalhada do material e do fenômeno de compressão das ondas infravermelhas permitirá o uso prático do material de modo imediato.
[Imagem: Konnor Koons et al. - 10.1002/adfm.202501041]

Compressão do calor

Os pesquisadores comprovaram que (1) a luz infravermelha comprimida pode se propagar pelo menos quatro vezes mais longe do que o demonstrado anteriormente; (2) a tecnologia pode comprimir uma faixa mais ampla de comprimentos de onda infravermelhos do que o demonstrado anteriormente; e (3) os filmes finos podem ser integrados a uma variedade de materiais e formatos de substrato.

A primeira descoberta foi que o titanato de estrôncio (SrTiO₃) apresenta perdas excepcionalmente baixas, o que significa que a luz pode se propagar por uma distância maior, perdendo muito pouca energia em forma de calor. "Do ponto de vista da eficiência, este filme fino é comparável aos materiais polaritônicos mais eficientes, o que significa que esses filmes serão úteis para aplicações práticas," disse Liu.

A segunda descoberta é que a película fina consegue confinar tanto a luz infravermelha distante quando a luz infravermelha média. "A capacidade de confinar a luz infravermelha distante é importante do ponto de vista prático," detalhou Liu. "Por exemplo, isso será útil na engenharia de tecnologias de gerenciamento térmico para converter calor em luz infravermelha. E a capacidade de operar em uma faixa mais ampla de comprimentos de onda infravermelhos também amplia a utilidade desses materiais para o desenvolvimento de tecnologias de sensoriamento molecular."

Finalmente, a possibilidade de juntar o material compressor de calor e outros substratos além do silício torna a técnica muito mais versátil, podendo atingir uma gama maior de aplicações. "Também achamos que esse trabalho é importante porque demonstramos que é possível pegar essas películas finas e aplicá-las a substratos com diversas geometrias de superfície, como a que usamos para suspender a película fina sobre o espaço vazio," disse o professor Ruijuan Xu.

A equipe já está em contato com a indústria em busca das formas mais imediatas de usar o material compressor de calor.

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