Visão microscópica de nanotubos de carbono alinhados (Fonte da imagem: Argonne/Flickr)
Um dos efeitos produzidos pela corrente elétrica é o calor. Sendo assim, quando a energia percorre algum material condutor, como um arame, por exemplo, ela o aquece. Esse processo é conhecido como Efeito Joule. Em parte, esse é o grande limitador para o rompimento de barreiras da computação: computadores rápidos demais esquentam muito, exigindo, muitas vezes, sistemas especiais de refrigeração. Mas, graças a uma descoberta recente, esse cenário está prestes a mudar.
Pesquisadores da Universidade de Maryland, nos Estados Unidos, constataram que, ao conduzir uma corrente elétrica, os nanotubos de carbono não esquentam como os demais condutores. Entretanto, apesar de continuarem frios, eles são capazes de transmitir esse calor para os materiais que estiverem próximos a eles. O efeito foi batizado como Efeito Joule Remoto.
Em termos leigos, isso é como se, durante o café manhã, você percebesse que as leis da física foram violadas de alguma forma. Ao ligar a torradeira, por exemplo, o pão seria assado, mas o eletrodoméstico e seus componentes não esquentariam. De alguma forma, o calor gerado pela energia elétrica estaria sendo repassado diretamente para a torrada.
Como funciona?
Exemplo de imagem térmica capturada durante o experimento (Fonte da imagem: University of Maryland)
Kamal Baloch, que iniciou a pesquisa quando ainda era estudante no curso de graduação, disse que essas características estão restritas à nanoescala e vão totalmente contra aquilo que se sabe sobre o Efeito Joule. O autor explica que os elétrons do nanotubo saltam para fora dele e interagem com os átomos do material que está ao redor do condutor ― nitreto de silício, no caso da experiência ―, fazendo com que eles vibrem e gerem calor.
Para constatar esse fenômeno, a equipe desenvolveu uma técnica conhecida como microscopia termal, que permite mapear, de maneira precisa, os locais onde o calor está sendo gerado. E, ao contrário do esperado, o calor não percorreu o nanotubo, passando diretamente para o substrato de nitreto de silício próximo a ele.
Ainda não se sabe, ao certo, como isso acontece, mas os pesquisadores já têm um palpite. John Cummings, professor-assistente do Departamento de Engenharia e Ciência de Materiais da Universidade de Maryland, acredita que os elétrons do nanotubo criam campos elétricos ao receber uma corrente, aos quais os átomos do substrato respondem diretamente. É por meio desses campos que a transferência de energia estaria sendo feita.
Efeito Joule Remoto e o futuro da computação
Atualmente, o que limita a performance dos processadores de computador é a velocidade, essa, por sua vez, é limitada pelo aquecimento dos componentes. Sendo assim, se encontrássemos um transistor que pudesse conduzir energia e não sofrer a penalização do aquecimento, teríamos um verdadeiro divisor de águas na indústria.
Por enquanto, o Efeito Joule Remoto foi observado apenas em nanoescala e somente em materiais de carbono. Portanto, os próximos passos da pesquisa incluem a procura por outros materiais que se comportam da mesma maneira e quais são as propriedades exigidas para que tal processo aconteça. “Se conseguirmos entender como esse fenômeno funciona, nós poderíamos trabalhar na produção de uma nova geração de nanoeletrônicos com gerenciamento térmico embutido”, afirma Cummings.
A descoberta foi publicada na revista Nature, mas o PDF, em inglês, com mais detalhes sobre o estudo pode ser encontrado no site da universidade.
