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Una nuova ricerca sulle proprietà elettriche e termiche dei nanomateriali

Le tecnologie e i dispositivi attuali e futuri con materiali su scala nanometrica vantano un grande potenziale per migliorare il consumo di energia e la gestione del calore residuo. La modellizzazione ab initio sta contribuendo a colmare le lacune nella comprensione dei comportamenti relativi a materiali aventi diverse scale di grandezza offrendo, in ultima analisi, la possibilità di controllare le proprietà di trasporto elettriche e termiche su scala nanometrica.
Una nuova ricerca sulle proprietà elettriche e termiche dei nanomateriali
All’interno del progetto COOL (First-principles engineering of thermal and electrical transport at the nanoscale), gli scienziati hanno usato tecniche ab initio basate sulla teoria del funzionale della densità al fine di identificare le proprietà elettriche e vibrazionali dei materiali su scala nanometrica, nonché i tempi di rilassamento dei trasportatori. Sono stati svolti degli studi anche in quanto allo sviluppo di un nuovo metodo per il calcolo dell’accoppiamento elettrone-fonone in geometrie complesse relative ai materiali e in presenza di interfacce o difetti.

In particolare, le attività di ricerca sono state orientate verso lo studio del trasferimento di calore nei materiali a bassa dimensionalità, come per esempio il grafene. Il team ha offerto informazioni preziose in ambito di elevata conducibilità termica nel grafene, così come per la forza di accoppiamento tra elettroni e i gradi di libertà reticolari. I risultati della ricerca sono importanti per lo sviluppo di nuovi dispositivi nanoelettronici.

La vasta ricerca è stata condotta anche sul controllo del disordine strutturale in un altro materiale bidimensionale: il bisolfuro di molibdeno. Il controllo dell’integrità strutturale di tali materiali è essenziale per lo sviluppo di dispositivi optoelettronici affidabili ed efficienti.

In stretta collaborazione con l’industria, il team ha sviluppato materiali termoelettrici a base di composti solforati e studiato a fondo le loro proprietà di trasporto. Il miglioramento della comprensione fondamentale di una promettente classe di materiali termoelettrici può portare allo sviluppo di nuovi composti commerciali che potrebbero avere un impatto economico e ambientale positivo.

Tutti i risultati del progetto sono stati pubblicati su riviste specializzate e presentati presso una delle conferenze più prestigiose, in Spagna, relativa alla comunità che studia la struttura elettronica.

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Keywords

Materiali su scala nanometrica, consumo di energia, trasporto termico, trasporto elettrico