A calor é unha forma de enerxía omnipresente que, a diferenza doutras, resulta extremadamente difícil de almacenar debido á súa tendencia natural a disiparse. Este trazo, esencial para fenómenos como a chegada da enerxía solar á Terra, supón tamén un desafío tecnolóxico clave. En lugar de tratar de confinalo, un equipo do Centro Singular de Investigación en Química Biolóxica e Materiais Moleculares (CiQUS) da Universidade de Santiago (USC), en colaboración coa Universitat de Barcelona e a Universidad de Zaragoza, propón unha estratexia alternativa: aproveitar a calor alí onde se xera, controlando o seu fluxo en tempo real e utilizalo na fabricación de memorias térmicas.
Nun traballo recentemente publicado na revista Advanced Materials, o persoal investigador presenta un prototipo de memoria térmica, un dispositivo capaz de alternar entre distintos estados de condución de calor mediante a aplicación de pequenas voltaxes eléctricas. De forma análoga aos bits na electrónica convencional, o sistema pode programarse para ofrecer un estado de alta condutividade térmica (“aceso”) ou de baixa condutividade (“apagado”), e manter esa configuración mesmo despois de retirar o estímulo eléctrico.
Películas con propiedades ferroeléctricas
O dispositivo baséase en películas ultrafinas —de apenas uns nanómetros de espesor— dun óxido de hafnio e circonio con propiedades ferroeléctricas. Neste material, os investigadores combinaron dous fenómenos clave: por unha banda, a polarización eléctrica característica dos ferroeléctricos, e por outro, a presenza de defectos atómicos coñecidos como vacantes de osíxeno, que actúan como barreiras para o transporte de calor. A interacción entre ambos permite regular de forma precisa a condutividade térmica do sistema.
O mecanismo que subxace a este comportamento baséase no control eléctrico do movemento destas vacantes. Dependendo da voltaxe aplicada, as vacantes acumúlanse ou dispérsanse dentro do material, modificando a facilidade coa que a calor pode propagarse. Este proceso dá lugar a un comportamento histerético —similar ao dos materiais ferroeléctricos— que permite definir dous estados térmicos estables e non volátiles.
Características prometedoras
O investigador do CiQUS Francisco Rivadulla sinala que, aínda que se trata aínda dun avance fundamental lonxe dunha aplicación tecnolóxica inmediata, o sistema presenta características prometedoras. Funciona con voltaxes relativamente baixas e os estados térmicos xerados mostran unha notable estabilidade no tempo, manténdose durante días sen degradación apreciable. Entre as limitacións actuais destaca a velocidade de conmutación, aínda lenta, o que sinala o camiño para futuras melloras.
Este traballo abre unha nova vía no control activo da calor en dispositivos sólidos, con posibles aplicacións na xestión térmica de sistemas electrónicos, a conversión de enerxía ou o desenvolvemento de tecnoloxías baseadas no procesamiento de información mediante calor. Neste contexto, o CiQUS conta coa acreditación como Centro de Investigación do Sistema Universitario de Galicia (CIGUS), outorgada pola Xunta de Galicia, e recibe financiamento da Unión Europea no marco do Programa Galicia FEDER 2021-2027.
