Enfriando chips como si fuesen árboles

Uno de los problemas más complejos a los que se enfrentan los diseñadores de equipos electrónicos es la forma en que su cacharro evacuará el calor generado en los chips. Los científicos de la Universidad de Rochester han desarrollado un proceso que convierte cualquier metal simple en un sistema capaz de succionar líquidos “hacia arriba”, sin necesidad de aportar energía, tal como hacen los árboles para elevar el agua desde las raíces hasta las hojas. El secreto es un tratamiento láser, que graba una serie de canales superficiales, dotando al metal de esta útil característica. ¿Es el fin de la era de los ventiladores adosados a los CPUs?

Refrigerar un chip compuesto por millones de transistores funcionando varios Gigahertz no es una tarea fácil. Hay que evacuar rápidamente de su superficie todo el calor que estos minúsculos componentes generan antes de que -literalmente- el chip se derrita. La solución habitual pasa por utilizar una combinación de disipador de calor metálico, adosado al chip mediante algún buen conductor térmico, más un pequeño ventilador que ayude a mantener fresco este bloque metálico. El sistema funciona, pero requiere un gasto extra de energía para mantener girando el motor del ventilador y además suele resultar ruidoso. Sin embargo, los ingenieros acaban de encontrar otra forma de obtener este resultado, sin gasto de energía ni necesidad de partes móviles propensas a fallos.

En efecto, un grupo de científicos de la Universidad de Rochester ha logrado un mecanismo pasivo capaz de emular la capacidad que poseen los árboles de elevar el agua desde las raíces hasta las hojas. Este fenómeno, al que a menudo se lo llama simplemente “capilaridad” , se produce cuando las fuerzas intermoleculares que actúan entre el líquido y el sólido que lo contienen son mayores a las fuerzas cohesivas del líquido. Cuando se da esta situación, se produce una fuerza de succión que permite al liquido ascender desafiando la fuerza de la gravedad. Gracias a los oficios de un rayo láser extremadamente rápido y preciso, los científicos han grabado una serie de canales en la superficie de diferentes metales, proporcionándoles la capacidad de “mover los líquidos hacia arriba”. Esta técnica no sólo promete ser capaz de enfriar un procesador informático: también podría utilizarse para bombear cantidades microscópicas de líquido en un chip de diagnóstico médico o convertir cualquier metal en una superficie antibacteriana. El equipo de trabajo que desarrolló el nuevo sistema está dirigido por el profesor de óptica Chunlei Guo, quien explica que “gracias a este avance, ahora podemos cambiar la estructura superficial de casi cualquier pieza de metal para permitirle controlar la forma en que los líquidos interaccionan ellas. Podemos incluso controlar la dirección en la que los líquidos fluyen”.

Para lograr esta especie de milagro tecnológico, Guo y su colaborador Anatoliy Vorobyev utilizaron un láser capaz de emitir pulsos de luz ultra rápidos. Cuando este rayo incide sobre la superficie de un metal produce agujeros, glóbulos y hebras a nanoescala. Los pulsos de luz duran solo unos pocos cuatrillones de segundo. El siguiente dato puede ser útil para tener una idea de la escala a la que están trabajando estos científicos:  un femtosegundo es a un segundo lo que un segundo es a 32 millones de años. Pero a pesar de su breve duración, explica Guo, estas verdaderas explosiones de luz láser proporcionan tanta potencia como la que circula por toda la red eléctrica de los Estados Unidos, y la focaliza sobre un punto del tamaño de la punta de una aguja. Como resultado, el liquido puede “trepar” por las láminas metálicas modificadas a una velocidad de un centímetro por segundo, en contra de la dirección impuesta por la gravedad.

Para explicar el proceso que tiene lugar en los surcos del metal, Guo dice que “lo que está ocurriendo en el metal es muy similar a lo que hace la leche cuando ‘sube’ por una servilleta de papel cuando empapamos ésta para limpiar una superficie,  o a las gotas de vino que parecen escalar por las paredes de las copas: las fuerzas de atracción entre moléculas  y la evaporación se combinan en ambos casos para mover los líquidos en sentido contrario al de la gravedad.” Si el sistema de grabado del metal inventado por el equipo de Rochester se convierte en un proceso industrial, podría aplicarse a la fabricación de “disipadores capilares”, capaces de mantener fríos los microprocesadores sin necesidad de una bomba que impulse el líquido para mantenerlo circulando.