Un componente che funziona come uno dei mattoni fondamentali dell’elettronica, il diodo, ma dal punto di vista termico. Ad inventarlo è stato un gruppo di ricercatori dell’Istituto nanoscienze del Cnr (Cnr-Nano) di Pisa, in collaborazione con la Scuola Normale Superiore, che ha realizzato un dispositivo in cui il calore fluisce in una direzione ma non in quella opposta, esattamente come avviene in un diodo con la corrente elettrica. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Nature Nanotechnology, e potrebbe aiutare in futuro a costruire sistemi di raffreddamento super efficienti per i computer.
“A temperature prossime allo zero assoluto, circa -273°C, il calore è trasmesso principalmente dagli elettroni anziché dalle vibrazioni del reticolo cristallino e quindi ‘governando’ gli elettroni si può controllare il flusso di calore”, spiega Giazotto. “È quanto siamo riusciti a fare nel nostro circuito, in cui le correnti di calore scorrono preferenzialmente in un verso, ottenendo così un diodo termico, così chiamato in analogia al diodo elettrico dove la corrente viaggia ‘a senso unico’”.
Il cuore del diodo è composto da un elettrodo di materiale superconduttore combinato con un metallo che agisce come ‘via di fuga’ termica. “A temperature criogeniche, il dispositivo trasmette calore quando una delle sue estremità viene scaldata, mentre disperde la maggior parte dell’energia termica attraverso la via di fuga quando è scaldato l’estremo opposto”, continua il ricercatore di CnrNano. “Le misure mostrano che la corrente in un senso è 100 volte superiore a quella che fluisce in senso opposto: un’efficienza elevata, considerato che fino ad oggi il valore massimo era circa 1.4, ottenuto in sistemi di altro tipo a temperature maggiori”.
Il risultato si aggiunge ai precedenti ottenuti dal gruppo di Caloritronica coerente guidato da Giazotto, che conclude: “Il diodo termico è il primo mattone per creare circuiti caloritronici, l’equivalente termico dei circuiti logici elettronici, in cui l’informazione viene scambiata attraverso trasferimenti di calore invece che da segnali elettrici”.
Riferimenti: Rectification of electronic heat current by a hybrid thermal diode; M. J. Martínez-Pérez, A. Fornieri, F. Giazotto; Nature Nanotechnology doi:10.1038/nnano.2015.11
Credits immagine: Cnr
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