El calor se comporta como ondas de luz: el hallazgo en un semiconductor que revolucionará la refrigeración de chips

A continuación, una respuesta concisa y verificada basada en la investigación publicada.

¿Qué descubrieron los ingenieros de la UCLA?

Un equipo liderado por el profesor Yongjie Hu, de la Escuela de Ingeniería Samueli de la UCLA, demostró el foco de fonones —un fenómeno de transporte de calor en forma de ondas y rayos— a temperatura ambiente en el semiconductor arseniuro de boro (BAs) . Hasta ahora, el foco de fonones solo se había observado a temperaturas criogénicas (cerca del cero absoluto) porque los fonones, las vibraciones atómicas que transportan el calor, suelen dispersarse demasiado a temperatura ambiente para mantener la coherencia ondulatoria .

En lugar de que el calor se propague de manera uniforme en todas direcciones (conducción difusiva), el equipo demostró que los fonones pueden viajar por caminos enfocados y guiados por la estructura cristalina del material, de forma análoga a como una fibra óptica guía la luz .

¿Cómo lo observaron?

Los investigadores desarrollaron una técnica de mapeo de temperatura a escala nanométrica basada en espectroscopía Raman mejorada con punta para visualizar directamente los patrones de flujo de calor .

• En materiales convencionales, observaron patrones circulares y uniformes de dispersión de calor, consistentes con la difusión ordinaria .
• En el arseniuro de boro, observaron patrones de temperatura sorprendentes en forma de rayos, lo que confirmó que el calor se guiaba a lo largo de direcciones cristalinas específicas .
• Los patrones de flujo de calor cambiaban de forma predecible según la orientación del cristal: diferentes planos cristalinos del BAs mostraban simetrías de enfoque de seis, ocho y cuatro pliegues .
• El comportamiento cuántico de los fonones se mantuvo a lo largo de distancias de una micra y, potencialmente, hasta decenas de micras, suficiente para los dispositivos electrónicos, fotónicos y cuánticos modernos .
• Los resultados experimentales coincidieron estrechamente con cálculos teóricos de primeros principios, lo que confirma que la inusualmente débil dispersión de fonones del BAs permite el transporte ondulatorio de larga distancia a temperatura ambiente .

Implicaciones para la gestión térmica

Electrónica y hardware de IA — El sobrecalentamiento es un cuello de botella importante que limita el rendimiento, la fiabilidad y la escalabilidad de la microelectrónica y el hardware de inteligencia artificial. Al permitir que el calor sea guiado, enfocado y redistribuido con precisión nanométrica a temperatura ambiente, este descubrimiento abre la posibilidad de la "ingeniería térmica cuántica": diseñar rutas de calor predefinidas dentro de los chips, en lugar de depender de disipadores de calor externos después de que el calor ya se ha extendido .

Dispositivos cuánticos — La capacidad de controlar las interacciones de los fonones con electrones y otros portadores de energía a nivel cuántico podría permitir avances en procesamiento de información cuántica y detección cuántica, tecnologías donde el control preciso del entorno térmico es fundamental .

Aplicaciones más amplias — El descubrimiento también podría beneficiar la gestión térmica en sistemas aeroespaciales, dispositivos fotónicos y empaquetado de semiconductores de próxima generación, donde la alta conductividad térmica del arseniuro de boro (demostrada anteriormente por el grupo de Hu) ahora puede combinarse con el control direccional del flujo de calor .

Detalles del estudio: Publicado el 23 de julio de 2026 en Nature Physics . Los autores incluyen a Man Li, Huan Wu, Zihao Qin, Chuanjin Su y Huu Duy Nguyen (estudiantes actuales/exalumnos de doctorado de la UCLA), junto con Yongjie Hu . Financiado por el Departamento de Energía de EE. UU., la NSF y los NIH .