Físicos da UCLA Observam Ondas de Calor Quânticas à Temperatura Ambiente

O que os engenheiros da UCLA descobriram

Uma equipe liderada pelo professor Yongjie Hu, da UCLA Samueli School of Engineering, demonstrou o foco de fônons — um fenômeno de transporte de calor que se comporta como ondas e raios — à temperatura ambiente no semicondutor arsenieto de boro (BAs) . Até então, o foco de fônons só havia sido observado em temperaturas criogênicas (próximas do zero absoluto), porque os fônons (vibrações da rede cristalina que transportam calor) normalmente se espalham demais à temperatura ambiente para manter a coerência ondulatória .

Em vez de o calor se espalhar de forma uniforme em todas as direções (condução difusiva), a equipe mostrou que os fônons podem viajar em trajetos focados e guiados, definidos pela estrutura cristalina do material — de forma análoga à maneira como fibras ópticas guiam a luz .

Como eles observaram

Os pesquisadores desenvolveram uma técnica de mapeamento de temperatura em nanoescala baseada em espectroscopia Raman com ponta para visualizar diretamente os padrões de fluxo de calor .

• Em materiais convencionais, observaram padrões circulares e uniformes de propagação de calor, consistentes com a difusão comum .
• No arsenieto de boro, observaram padrões de temperatura em forma de raios, confirmando que o calor estava sendo guiado ao longo de direções específicas do cristal .
• Os padrões de fluxo de calor mudaram de forma previsível com a orientação do cristal: diferentes planos cristalinos do BAs exibiram simetrias de foco de seis, oito e quatro dobras .
• O comportamento quântico dos fônons persistiu por distâncias de um micrômetro e potencialmente até dezenas de micrômetros — escala suficiente para dispositivos eletrônicos, fotônicos e quânticos modernos .
• Os resultados experimentais corresponderam exatamente às simulações teóricas de primeiros princípios, confirmando que o espalhamento anormalmente fraco de fônons no BAs possibilita o transporte ondulatório de longo alcance à temperatura ambiente .

Implicações para o gerenciamento térmico

Eletrônicos e hardware de IA — O superaquecimento é um dos maiores gargalos que limitam o desempenho, a confiabilidade e a escalabilidade de microeletrônicos e hardware de inteligência artificial. Ao permitir que o calor seja guiado, focado e redistribuído com precisão nanométrica à temperatura ambiente, essa descoberta abre a possibilidade de uma "engenharia quântica do calor" — projetar rotas de dissipação térmica nos chips em vez de depender de dissipadores volumosos depois que o calor já se espalhou .

Dispositivos quânticos — A capacidade de controlar as interações dos fônons com elétrons e outros portadores de energia em nível quântico pode viabilizar avanços em processamento de informações quânticas e sensoriamento quântico, tecnologias onde o controle preciso do ambiente térmico é crítico .

Outras aplicações — A descoberta também pode beneficiar o gerenciamento térmico em sistemas aeroespaciais, dispositivos fotônicos e encapsulamento de semicondutores de próxima geração, já que a alta condutividade térmica do arsenieto de boro (demonstrada anteriormente pelo grupo de Hu) pode agora ser combinada com o controle direcional do fluxo de calor .

Detalhes do estudo: Publicado em 23 de julho de 2026, na Nature Physics . Autores incluem Man Li, Huan Wu, Zihao Qin, Chuanjin Su e Huu Duy Nguyen (alunos de pós-graduação atuais/ex-alunos da UCLA) juntamente com Yongjie Hu . Financiado pelo Departamento de Energia dos EUA, NSF e NIH .