La rotación controla el flujo de calor.

El vacío cuántico no es un vacío. Está lleno de fluctuaciones electromagnéticas. Y cuando dos láminas conductoras delgadas están separadas por unos pocos nanómetros, las fuerzas de atracción, o pares, entre ellas pueden surgir de esas fluctuaciones. En este fenómeno, conocido como efecto Casimir, las placas se atraen o giran porque los campos eléctricos y magnéticos se retraen en sus límites y alteran la energía libre en el espacio. (Vea el estudio rápido de Jeremy Munday, física hoyoctubre de 2019, página 74.) Pero el efecto Casimir no es la única manifestación de las fluctuaciones del vacío. Cuando la separación de las placas es menor que la longitud de onda de la radiación térmica, el flujo de calor entre ellas también puede cambiar.

Mientras que los científicos anteriores trataron el flujo de calor y las interacciones de Casimir por separado, Juan Deop-Ruano y Alejandro Manjavacas, ambos del Instituto de Óptica de Madrid, España, ahora están explorando su interacción. En un nuevo estudio, los teóricos predicen lo que sucede cuando dos láminas de nanoestructura giran como una rueda entre sí y tienen temperaturas diferentes. t1 Y t2, como se muestra en la figura. En ausencia de rotación, el flujo de calor depende únicamente de la diferencia de temperatura de las nanoestructuras y siempre se dirige desde la nanoestructura caliente hacia la fría. Pero cuando las nanoestructuras giran entre sí, el flujo de calor puede aumentar, disminuir o incluso invertirse, simplemente ajustando la frecuencia de rotación.

Un gráfico de dos discos grises con diferentes temperaturas y giros
Crédito: Adaptado de JR Deop-Ruano, A. Manjavacas, física Rev. litt. 130133605 (2023)

Los teóricos derivan expresiones analíticas cerradas que describen el par y la fuerza transferidos de una nanoestructura a otra. El signo del torque está determinado por la diferencia entre las frecuencias de rotación de las nanoestructuras, donde solo la temperatura relativa afecta la magnitud de este torque. Sin embargo, el flujo de calor exhibe un comportamiento completamente diferente: tanto su signo como su magnitud dependen de las frecuencias de rotación y las temperaturas.

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Dadas las nanoestructuras con la misma temperatura, el calor fluye desde la nanoestructura que gira más rápido hacia la nanoestructura que gira más lentamente. Pero cuando también hay una diferencia de temperatura, surge un amplio espectro de comportamiento. Aunque los teóricos esperaban estos resultados para láminas nanoestructuradas, esperarían que cualquier nanocuerpo que tenga una resonancia dipolar, como una macromolécula, los exhiba. Además, para temperaturas de hasta 1 K, los resultados deberían ser observables, siempre que la frecuencia de espín relativa sea de al menos 100 GHz. La frecuencia de rotación y la temperatura están al alcance del experimento. Por lo tanto, los resultados del nuevo trabajo se pueden utilizar para controlar la transferencia de calor entre objetos a nanoescala. (JR Deop-Ruano, A. Manjavacas, física Rev. litt. 130133605, 2023.)

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