Vibraciones cuánticas relacionadas con el calor y la electricidad
Los materiales termoeléctricos están atrayendo una gran atención por su potencial para la generación de energía ecológica, refrigeración ecológica y refrigeración «puntual» eficiente de dispositivos electrónicos (con velocidades de computación cada vez mayores). Estos materiales producen una diferencia de voltaje en respuesta a una diferencia de temperatura y viceversa. Algunas de sus respuestas térmicas nuevas se deben al acoplamiento entre electrones y fonones. Los fonones son cuantos de energía vibracional típicamente presentes en redes cristalinas o en sólidos. Al igual que sus equivalentes electromagnéticos (los fotones), estos fonones o vibraciones poseen frecuencias y longitudes de onda y por lo tanto generan espectros asociados. Un equipo de científicos desarrolló nuevas descripciones matemáticas del comportamiento de los fonones gracias a la financiación de la Unión Europea para el proyecto «Non adiabatic vibrational spectra from first principles» (NON ADIABATIC PHONON). En particular, aplicaron dos metodologías recientes para explorar la contribución de los efectos no adiabáticos y anarmónicos en los espectros de los fonones en materiales termoeléctricos. El primer método estudia las condiciones bajo las cuales el calor entra o sale del sistema. El segundo estudia las vibraciones y desviaciones en los múltiplos de la frecuencia armónica o natural, además de la propia frecuencia natural. El equipo desarrolló una interfaz informática para una aplicación autoconsistente de fonones que extrae las fuerzas iónicas para calcular la dependencia del espectro fonónico con respecto a la temperatura. Después, los científicos aplicaron el código al teluro de plomo (PbTe), un material semiconductor termoeléctrico prometedor cuya respuesta termoeléctrica aún no ha sido descrita completamente. Durante los próximos meses está previsto finalizar la versión completa del código para cálculos de la dispersión no adiabática de fonones y de efectos térmicos anarmónicos dentro de un material. Gradualmente, los investigadores desarrollaron fuertes vínculos y una red de colaboración con otras instituciones en Europa para producir futuras propuestas conjuntas valiosas. Los materiales termoeléctricos son objeto de amplias investigaciones para aplicaciones que van desde edificios de gran tamaño hasta componentes microelectrónicos individuales a pequeña escala. La caracterización de las propiedades de respuesta es fundamental para lograr avances en este campo y optimizar la rentabilidad y la sostenibilidad. NON ADIABATIC PHONO ha realizado una importante contribución a este esfuerzo con el programa de modelado y con métodos numéricos para describir nuevos comportamientos.
