Ruptura a Escala Nanométrica de una Importante Ley de la Física

Una ley física bien conocida describe la transferencia de calor entre dos objetos, pero algunos físicos habían predicho que tal ley deja de cumplirse cuando los objetos están demasiado cerca uno de otro, y que el nivel de transferencia de calor podría ser distinto, probablemente mayor. Los científicos nunca habían podido confirmar, ni mucho menos medir, la ruptura de esta ley. Ahora, sin embargo, unos investigadores del MIT lo han logrado.

Los resultados de esta observación pionera podrían conducir a nuevas e importantes aplicaciones, incluyendo mejores diseños de los cabezales de los discos duros de ordenador, y nuevos tipos de dispositivos para capturar energía a partir del calor que generalmente se desperdicia.

La ley de la radiación del cuerpo negro de Planck, formulada en 1900 por el físico alemán Max Planck, describe cómo es disipada la energía, en forma de radiación de diferentes longitudes de onda, desde un objeto negro ideal que no refleja nada, llamado cuerpo negro. La ley dice que la emisión térmica relativa de radiación a diferentes longitudes de onda sigue un patrón preciso que varía según la temperatura del objeto. La emisión de un cuerpo negro es considerada como la máxima que un objeto puede irradiar.

La ley se cumple de forma segura para la mayoría de los casos, pero el propio Planck ya sugirió en su día que cuando los objetos están muy cerca, dicha ley podría dejar de cumplirse. Sin embargo, en el siglo transcurrido desde entonces ha resultado increíblemente difícil controlar los objetos para que mantuvieran las minúsculas distancias requeridas para demostrar este fenómeno.
Parte del problema de medir la forma en que la energía es radiada cuando los objetos están muy cerca es la dificultad mecánica de mantener dos objetos muy próximos entre sí, sin dejar que se toquen ni por un momento.

Gang Chen y Sheng Shen del MIT, y Arvind Narayaswamy de la Universidad de Columbia, han conseguido resolver este problema, y han determinado que en distancias muy cortas, como las logradas en estos experimentos, el intercambio calórico puede llegar a ser 1.000 veces mayor de lo que predice la ley de Planck de radiación del cuerpo negro.

En los actuales sistemas magnéticos de grabación de datos, como los discos duros usados en ordenadores, el espacio entre el cabezal de grabación y la superficie del disco suele estar en el orden de los 5 a los 6 nanómetros. El cabezal tiende a calentarse, y los investigadores han estado buscando formas de controlar el calor o incluso de usarlo para controlar la separación.

Tales aplicaciones podrían desarrollarse pronto, y algunas compañías ya han mostrado un fuerte interés en el trabajo.Los nuevos resultados también podrían ayudar al desarrollo de nuevos dispositivos fotovoltaicos de conversión de energía para aprovechar los fotones emitidos por una fuente de calor, en una modalidad de energía solar conocida como termofotovoltaica.