Descubren una nueva ley universal

Científicos del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC) han logrado un hito histórico al descubrir una nueva ley universal que gobierna el transporte de calor en la materia a escala atómica. Este hallazgo, que redefine la comprensión de cómo se propaga la energía térmica, podría tener un impacto monumental en el desarrollo de futuras tecnologías, desde la electrónica de vanguardia hasta los sistemas de energía más eficientes. La investigación, liderada por el profesor Miguel Pruneda y el doctor Pedro Olmos, ha sido publicada en la prestigiosa revista Nature Communications.

Tradicionalmente, la ley de Fourier, formulada en 1822, fue el pilar de la termodinámica para describir el flujo de calor. Sin embargo, esta ley clásica no siempre se aplica a la escala nanométrica, donde el comportamiento de los átomos y las partículas cuánticas introduce complejidades que escapan a las ecuaciones tradicionales.

Los científicos del ICMM-CSIC abordaron este desafío a través de simulaciones computacionales de alta precisión, analizando el comportamiento de los fonones (las partículas que transportan el calor) en diversos materiales. Sus resultados revelaron una relación inesperada y universal entre la velocidad del calor y la temperatura del material.

"Lo que hemos encontrado es una relación que parecía oculta a simple vista, una ley que se cumple independientemente del tipo de material, ya sea un metal, un aislante o un semiconductor", explicó el profesor Pruneda en una entrevista. El equipo descubrió que la velocidad del transporte de calor no solo depende de la diferencia de temperatura, como en la ley de Fourier, sino que también está intrínsecamente ligada a la temperatura absoluta del sistema. Este descubrimiento proporciona una nueva herramienta fundamental para predecir y manipular el flujo de calor en sistemas a escala microscópica, abriendo la puerta a un sinfín de aplicaciones.

El doctor Pedro Olmos, coautor del estudio, destacó la importancia práctica de esta nueva ley: "Podemos pensar en la ley de Fourier como una guía para construir un puente, pero esta nueva ley nos permite entender el flujo de cada grano de arena bajo ese puente. Nos da un control mucho más preciso sobre la gestión del calor". Este nivel de control es vital en la electrónica moderna, donde el sobrecalentamiento de los chips es uno de los principales obstáculos para el aumento del rendimiento. Con esta nueva comprensión, los ingenieros podrían diseñar procesadores más pequeños, más rápidos y más eficientes energéticamente.

Además de su potencial en la industria tecnológica, la ley recién descubierta podría revolucionar la ciencia de materiales. Los investigadores ya están explorando cómo esta ley se aplica a materiales exóticos como el grafeno y los aislantes topológicos. "Esta ley es como la constante de la gravedad en la física clásica, solo que para el transporte de calor. Nos da un marco universal para entender cómo se comportan los materiales, y eso nos permitirá crear materiales con propiedades térmicas a la carta", afirmó un investigador del equipo.

El hallazgo también generó interés en la comunidad científica internacional. El profesor Juan Carlos Cuevas, de la Universidad Autónoma de Madrid, especializado en nanotransporte, calificó el descubrimiento como "un paso de gigante para la física del calor". Cuevas señaló que el estudio de Pruneda y Olmos no solo confirma teorías existentes, sino que también introduce un principio organizador que une diferentes campos de la física de la materia condensada. Su validación en múltiples materiales distintos le confiere una robustez que lo sitúa como un candidato firme para ser una nueva ley fundamental.

El siguiente paso para el equipo del CSIC es validar la ley experimentalmente y explorar sus ramificaciones teóricas. La capacidad de predecir y manipular el transporte de calor a nivel atómico es el Santo Grial de la termodinámica moderna. La nueva ley universal promete no solo resolver problemas tecnológicos actuales, sino también abrir la puerta a innovaciones que hoy solo podemos imaginar, consolidando a España como líder en la investigación de la ciencia de materiales.

FUENTES:

Noticias CSIC, ABC (Tecnología), Nature Communications (Estudio), El País (Ciencia), La Vanguardia