04/02/2014 - Nuevas claves sobre el comportamiento termodinámico de los nanosistemas

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La energía que pierden los sistemas pequeños, como por ejemplo los nanodispositivos, puede ser crucial para que este tipo de sistemas funcione de manera óptima. Según los principios de la termodinámica, la aplicación de la teoría de la estabilidad y la mecánica estadística clásica a la descripción de sistemas pequeños en condiciones externas que los desestabilizan muestra una producción constante de calor cuando el sistema oscila entre dos configuraciones estructurales o fases termodinámicas.

Un estudio publicado en la revista Physical Review E, firmado por Agustín Pérez, del Departamento de Física Fundamental de la Universidad de Barcelona, e Iván Santamaría, de la Universidad Nacional Autónoma de México, analiza las implicaciones que la forma finita de un sistema tiene en su comportamiento termodinámico.

«Los resultados de la investigación despiertan gran interés; ya que sustentan la validez de la dinámica de producción y conversión de energía en nanodispositivos. Recientemente, se han descrito posibles aplicaciones en nanogeneradores de energía, sistemas basados en el efecto piroeléctrico y sistemas de almacenamiento de energía eléctrica, como las pilas», explica Agustín Pérez.

Cuando un sistema macroscópico está sujeto a condiciones desestabilizadoras, se separa en dos o más fases que pueden coexistir en equilibrio. Esto genera interfases y, finalmente, emergen nuevos sistemas termodinámicos.

No obstante, si el sistema es finito y suficientemente pequeño, como es el caso de los nanodispositivos, la formación de una interfase podría implicar un excesivo coste energético y, por lo tanto, ser energéticamente desfavorable. De este modo, el sistema permanecerá en un estado estacionario muy sensible a las fluctuaciones. Dado que los parámetros termodinámicos de ambos estados difieren de los de las condiciones externas, aparece una fuerza termodinámica denominada oscilación crítica, que conduce el sistema hacia un estado de inestabilidad impuesto desde el exterior y en el que no puede permanecer. «La investigación permite predecir que este peculiar comportamiento de los sistemas pequeños sustenta la dinámica de producción, almacenamiento y conversión de energía en nanodispositivos», concluye Pérez.

Artículo:

I. Santamaría-Holek, A. Pérez-Madrid. «Thermostatistical Description of Small Systems in Non-Equilibrium Conditions: Energy Conversion and Harvesting». Physical Review E, 30 de enero de 2014. DOI: DOI: 10.1103/PhysRevE.89.012144

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Universidad de Barcelona

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