Neutrones: Un nuevo termómetro para componentes electrónicos

Osaka, Japón – Desde los LED hasta las baterías, nuestras vidas están llenas de electrónica, y existe un impulso constante para hacerla más eficiente y confiable. Pero a medida que los componentes se vuelven cada vez más sofisticados, obtener mediciones de temperatura confiables de elementos específicos dentro de un objeto puede ser un desafío.

Esto es problemático porque medir la temperatura de un dispositivo es vital para monitorear su rendimiento o diseñar los materiales de los que está fabricado. Ahora, en un nuevo estudio dirigido por la Universidad de Osaka, los neutrones se han utilizado para medir temperaturas de forma rápida y precisa, lo que eventualmente podría conducir a un mejor rendimiento para todo tipo de dispositivos electrónicos.

Ha habido algunas formas de estimar la temperatura dentro de un dispositivo electrónico, pero ninguna ha podido proporcionar una medición rápida y directa. Este nuevo método utiliza una técnica llamada “absorción de resonancia de neutrones” (NRA): al examinar los neutrones que son absorbidos por núcleos atómicos a ciertos niveles de energía, se pueden deducir las propiedades del material.

Los neutrones en este estudio fueron generados utilizando haces de láser de alta intensidad. Los neutrones se desaceleran luego a un nivel de energía muy bajo antes de pasar a través de una muestra. La técnica se probó utilizando placas de tantalio y plata, devolviendo con éxito detalles sobre los materiales y las temperaturas con una velocidad excepcional.

Los investigadores pudieron determinar la temperatura de las muestras porque la señal temporal de la NRA se alteró de una manera predecible cuando se cambió la temperatura del material de la muestra.

“Esta tecnología permite medir la temperatura de forma instantánea y precisa”, explica Zechen Lan, autor principal. “Como nuestro método no es destructivo, se puede utilizar para monitorear dispositivos como baterías y dispositivos semiconductores”.

Como la medición de la NRA se realiza con un solo pulso de neutrones, la técnica recientemente desarrollada puede adquirir datos de temperatura en una ventana de 100 nanosegundos, es decir, una diez millonésima de segundo. Este resultado casi instantáneo significa que los cambios dentro de un material se pueden medir casi en tiempo real, lo que permite un análisis detallado.

“El uso de láseres para generar y acelerar iones y neutrones no es nada nuevo, pero las técnicas que hemos desarrollado en este estudio representan un avance emocionante”, dice el autor principal, Akifumi Yogo. “Esperamos que la alta resolución temporal permita examinar la electrónica con mayor detalle, nos ayude a comprender las condiciones de funcionamiento normales y detectar anomalías”.

Como logro adicional, el dispositivo de medición desarrollado por el equipo de investigación tiene aproximadamente una décima parte del tamaño de otros equipos similares, lo que significa que será fácil para otros laboratorios instalar sus propias versiones.

Ser capaz de medir rápida y precisamente las temperaturas de funcionamiento de los dispositivos y los materiales de los que están hechos, puede avanzar nuestra comprensión de cómo funcionan y cómo se pueden mejorar en el futuro.

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El artículo, “Espectroscopia de resonancia de neutrones impulsada por láser de un solo disparo para el perfilado de temperatura” se publicó en Nature Communications en DOI:

Acerca de la Universidad de Osaka
La Universidad de Osaka se fundó en 1931 como una de las siete universidades imperiales de Japón y ahora es una de las principales universidades integrales de Japón con un amplio espectro disciplinario. Esta fortaleza se combina con un impulso singular por la innovación que se extiende a lo largo del proceso científico, desde la investigación fundamental hasta la creación de tecnología aplicada con impactos económicos positivos. Su compromiso con la innovación ha sido reconocido en Japón y en todo el mundo. Ahora, la Universidad de Osaka está aprovechando su papel como Corporación Nacional de Universidades Designada seleccionada por el Ministerio de Educación, Cultura, Deportes, Ciencia y Tecnología para contribuir a la innovación para el bienestar humano, el desarrollo sostenible de la sociedad y la transformación social.
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