Principios del transporte térmico en materiales PCM amorfos

La memoria de cambio de fase se basa en materiales que pueden cambiar entre un estado cristalino y otro amorfo mediante un estímulo calorífico, lumínico o de otra naturaleza. Y se puede emplear este material para fabricar estructuras de celdas en las que almacenar datos binarios en base a estas variables. En esta tecnología la conducción del calor es un aspecto vital para lograr precisión, fiabilidad, rendimiento y durabilidad, pero hasta ahora el conocimiento de los expertos sobre esta cuestión  es limitado.

Se han realizado investigaciones para comprender mejor estos mecanismos de transporte de calor cuando los materiales PCM se encuentran en su fase cristalina, por ejemplo, empleando la teoría basada en fonones y la regla de Wiedemann-Franz-Lorenz. Pero existe un menor conocimiento sobre estas propiedades térmicas de estos materiales durante su fase amorfa.

Este ha sido el campo de estudio de dos investigadores del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Tsinghua, en Beijing (China). En su trabajo han cuantificado la contribución de las coherencias (acoplamiento de modos vibracionales) y de las poblaciones (tipo fonón) a la conducción térmica de compuestos de Ge2Sb2Te5 (GST) y GeTe4 amorfos, que son dos de los materiales de cambio de fase comúnmente empleados en la memoria PCM.

Para realizar estos cálculos se han basado en la teoría propuesta por Allen y Feldman (teoría AF) y en la aproximación del tiempo de relajación monomodo de la ecuación de transporte de Boltzmann. Según afirman en un articulo técnico publicado en la revista Journal of Physics D: Applied Physics, queda demostrado que las coherencias contribuyen con más del 97% de las conductividades térmicas totales, tanto para GST como para GeTe4 en su fase amorfa por encima de la temperatura de Debye, y que las la influencia de las poblaciones es despreciable.

Además, han podido predecir y analizar la dependencia de la temperatura de las conductividades empleando la teoría AF, y dicen que su diferencia con la temperatura de Debye se debe a la naturaleza única de las coherencias. Y afirman que su trabajo ofrece una nueva perspectiva del transporte térmico en estos modernos materiales, que se puede aplicar a otros sistemas similares, con características desordenadas, como es la fase amorfa de estos compuestos.

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