Medición térmica de nanomateriales
Para conseguir medir las capacidades caloríficas minúsculas (niveles de energía térmica necesarios para inducir cambios en la temperatura) de los nanomateriales es necesario contar con una calorimetría mejorada. El proyecto «Atto-calorimetric tools to explore material properties in the nanoscale» (ATTOCALMAT), financiado por la Unión Europea, fue creado con el objetivo de aportar una herramienta para la medición térmica a pequeña escala. La técnica desarrollada, que recibe el nombre de método nanocalorimétrico en estado estacionario de pulsos en microsegundos, combina la intensificación de señal del escaneo de alta velocidad con la promediación avanzada de señal con que cuentan las técnicas en estado estacionario. Para lograr una resolución alta resulta vital contar con una velocidad de calentamiento ultra-rápida, siendo la promediación de señal la que se ocupa de la medición de anomalías. Este grupo de científicos se dispuso a aprovechar dicha técnica para la medición, a nivel de nanochip, de las capacidades caloríficas de nano-objetos individuales con respecto a la temperatura, así como al campo eléctrico o magnético y al tiempo aplicados. Estas interdependencias resultan cruciales para el desarrollo de nuevos dispositivos de soporte magnético, espintrónicos o fotónicos. ATTOCALMAT ha desarrollado un sistema de medición experimental basado en nanocalorímetros de diseño reciente y una bobina superconductora para generar campos magnéticos. Estos nuevos calorímetros cuentan con un área reducida de detección por sensores a fin de aumentar su selectividad. La instrumentación está sincronizada de tal modo que el calentamiento pulsado de fondo se ejecuta mientras se mantienen bajo control las variables externas, tales como el campo magnético, la presión del gas y la temperatura. Este sistema constituye una contribución importante que ha realizado este proyecto al análisis del impacto del tamaño en la capacidad calorífica. Los investigadores han aplicado con éxito este nuevo sistema experimental al estudio de la reacción interfase entre el paladio, el níquel y el sílice para formar siliciuros. Los siliciuros son unos compuestos constituidos por dos elementos, uno de los cuales es el sílice. Asimismo, realizaron experimentos simultáneos nanocalorimétricos y de radiación por medio de sincrotrones, logrando así desentrañar gran parte de los mecanismos de formación de la fase de siliciuro. Con una optimización y desarrollo mayores de los dispositivos completos de calentamiento pulsado de área reducida se facilitará la medición avanzada de los cambios térmicos a pequeña escala que se registran durante los procesos químicos. Gracias a estas mediciones y a los nuevos conocimientos adquiridos, los científicos e ingenieros podrán generar diseños para crear nuevos dispositivos en campos tales como el almacenamiento de datos en soporte magnético, la espintrónica y la fotónica.
Palabras clave
Nanomateriales, térmico, capacidades caloríficas, en pulsos de microsegundos, en estado estacionario, nanocalorimetría, calentamiento ultra-rápido, campos magnéticos, soporte magnético, espintrónica, dispositivos fotónicos, siliciuros