Noves claus sobre el comportament termodinàmic dels nanosistemes
L'estudi analitza les implicacions que té la forma finita d’un sistema en el seu comportament termodinàmic.
Recerca
(04/02/2014)
Lʼenergia que perden els sistemes petits, per exemple els nanodispositius, pot ser crucial perquè aquests tipus de sistemes funcionin de manera òptima. Segons els principis de la termodinàmica, lʼaplicació de la teoria de lʼestabilitat i la mecànica estadística clàssica a la descripció de sistemes petits en condicions externes que els desestabilitzen mostra una producció constant de calor quan el sistema oscil·la entre dues configuracions estructurals o fases termodinàmiques.
L'estudi analitza les implicacions que té la forma finita d’un sistema en el seu comportament termodinàmic.
Recerca
04/02/2014
Lʼenergia que perden els sistemes petits, per exemple els nanodispositius, pot ser crucial perquè aquests tipus de sistemes funcionin de manera òptima. Segons els principis de la termodinàmica, lʼaplicació de la teoria de lʼestabilitat i la mecànica estadística clàssica a la descripció de sistemes petits en condicions externes que els desestabilitzen mostra una producció constant de calor quan el sistema oscil·la entre dues configuracions estructurals o fases termodinàmiques.
Un estudi publicat a la revista Physical Review E, signat per Agustín Pérez, professor del Departament de Física Fonamental de la Universitat de Barcelona, i Iván Santamaría, de la Universitat Nacional Autònoma de Mèxic, analitza les implicacions que té la forma finita dʼun sistema en el seu comportament termodinàmic.
Segons explica Agustín Pérez, «els resultats de la recerca desperten un gran interès, atès que sustenten la validesa de la dinàmica de producció i conversió dʼenergia en els nanodispositius». «Recentment —remarca lʼinvestigador—, se nʼhan descrit possibles aplicacions en nanogeneradors dʼenergia, en sistemes basats en lʼefecte piroelèctric i en sistemes dʼemmagatzematge dʼenergia elèctrica, com ara les piles».
Quan un sistema macroscòpic està subjecte a condicions desestabilitzadores, se separa en dues o més fases que poden coexistir en equilibri. Això genera interfases i, finalment, emergeixen nous sistemes termodinàmics.
No obstant això, si el sistema és finit i prou petit com és el cas dels nanodispositius, la formació dʼuna interfase podria implicar un cost energètic excessiu i, per tant, ser energèticament desfavorable. Dʼaquesta manera, el sistema es mantindrà en un estat estacionari molt sensible a les fluctuacions. Atès que els paràmetres termodinàmics dels dos estats difereixen dels de les condicions externes, apareix una força termodinàmica denominada oscil·lació crítica que condueix el sistema cap a un estat dʼinestabilitat imposat des de lʼexterior i en el qual no pot romandre. «La recerca permet predir que aquest comportament peculiar dels sistemes petits sustenta la dinàmica de producció, emmagatzematge i conversió dʼenergia en els nanodispositius», conclou Pérez.
Article:
I. Santamaría-Holek, A. Pérez-Madrid. «Thermostatistical description of small systems in non-equilibrium conditions: energy conversion and harvesting». Physical Review E, gener de 2014. DOI: 10.1103/PhysRevE.89.012144