Cuando los dispositivos electrónicos como portátiles o teléfonos inteligentes se sobrecalientan, esencialmente están sufriendo un problema de transferencia de calor a nanoescala. Localizar la fuente de ese problema puede ser como buscar una aguja en un pajar.
“Los bloques de construcción de nuestra electrónica moderna son transistores con características a nanoescala, por lo que para comprender qué partes se sobrecalientan, el primer paso es obtener un mapa de temperatura detallado”, dice Andrea Pickel, profesora asistente del University of Rochester’s Department of Mechanical Engineering. “Pero necesitas algo con resolución a nanoescala para hacerlo.”
Las técnicas de termografía óptica existentes no son prácticas porque tienen límites fundamentales en la resolución espacial que pueden lograr. Así que Pickel y sus estudiantes de doctorado en ciencias de los materiales, Ziyang Ye y Benjamin Harrington, diseñaron un nuevo enfoque para superar estas limitaciones aprovechando las técnicas de microscopía de fluorescencia de superresolución óptica galardonadas con el Premio Nobel de Química utilizadas en la obtención de imágenes biológicas. En un nuevo estudio de Science Advances, los investigadores describen su proceso para mapear la transferencia de calor utilizando nanopartículas luminiscentes.
Al aplicar nanopartículas de conversión ascendente altamente dopadas a la superficie de un dispositivo, los investigadores pudieron lograr termometría de superalta resolución a nivel de nanoescala desde hasta 10 milímetros de distancia. Según Pickel, esa distancia es extremadamente grande en el mundo de la microscopía de superresolución y que las técnicas de obtención de imágenes biológicas que utilizaron como inspiración suelen operar a menos de un milímetro de distancia.
Pickel dice que si bien las técnicas de obtención de imágenes biológicas proporcionan una gran inspiración, aplicarlas a la electrónica tuvo obstáculos importantes porque involucran materiales tan diferentes.
“Nuestros requisitos son muy diferentes a los de los biólogos porque están mirando cosas como células y materiales a base de agua”, dice. “A menudo, pueden tener un líquido como agua o aceite entre su lente objetivo y su muestra. Eso es genial para la obtención de imágenes biológicas, pero si estás trabajando con un dispositivo electrónico, eso es lo último que quieres.”
El artículo demuestra la técnica utilizando una estructura de calentador eléctrico que el equipo diseñó para producir gradientes de temperatura afilados, pero Pickel dice que su método puede ser utilizado por los fabricantes para mejorar una amplia gama de componentes eléctricos. Para mejorar aún más el proceso, el equipo espera reducir la potencia del láser utilizada y refinar los métodos para aplicar capas de nanopartículas a los dispositivos.
La investigación fue apoyada por la National Science Foundation y un University of Rochester Furth Fund Award.
Revista
Science Advances
Título del artículo
Nanothermometría de superresolución óptica a través de imágenes de agotamiento de la emisión estimulada de nanopartículas de conversión ascendente
Fecha de publicación del artículo
17-Jul-2024
