Un investigador de la UPNA desarrolla emisores térmicos para un control preciso de radiación infrarroja

PAMPLONA 18 Oct. (EUROPA PRESS) -

El ingeniero eléctrico David Navajas Hernández (Logroño, 1994) ha diseñado para su tesis doctoral, defendida en la Universidad Pública de Navarra (UPNA), nuevos emisores térmicos basados en materiales con propiedades ópticas singulares, como el carburo de silicio. Estos dispositivos permiten controlar con precisión la emisión de radiación infrarroja, un tipo de luz invisible al ojo humano.

La investigación doctoral ha permitido demostrar nuevas formas de controlar con precisión la radiación infrarroja en carburo de silicio, lo que abre el camino al desarrollo de sistemas de detección más sensibles y al diseño de emisores térmicos avanzados, según ha explicado la UPNA en una nota.

Durante su investigación, Navajas, junto con Aitana Tarazaga Martín-Luengo, investigadora de la Universidad de Oviedo, y Javier Alfaro Mozaz, investigador de la institución académica navarra, ha conseguido, por primera vez, transferir láminas ultrafinas de este material, lo que posibilita analizar propiedades ópticas poco conocidas.

En su trabajo, el investigador se ha basado en el carburo de silicio (SiC). En una franja concreta del infrarrojo, este material permite una emisión térmica "muy localizada y estable", tal como describe. En la franja de estudio, el carburo de silicio se comporta de forma muy especial: refleja buena parte de la radiación, concentra la luz en su superficie y resiste temperaturas altas sin perder estabilidad, lo que lo convierte en un material prometedor para trabajar en el infrarrojo. Además, tiene la capacidad de atrapar y concentrar la luz en espacios muy pequeños, algo que resulta difícil de conseguir con materiales convencionales.

Uno de los principales avances de la tesis ha consistido en el diseño de un emisor térmico, según el investigador, "robusto y estable", formado por una delgada capa metálica de titanio sobre una base de carburo de silicio. A diferencia de otros diseños que requieren técnicas complejas y costosas de fabricación (como la fotolitografía), esta propuesta puede realizarse con métodos más simples, como la deposición por haz de electrones, un proceso que evapora el material con un rayo de electrones para recubrir la superficie con una capa ultrafina. El resultado es un emisor capaz de producir radiación infrarroja en un rango muy concreto de frecuencias y que mantiene esa dinámica, aunque cambie el ángulo desde el que incide la luz o la polarización.

Además, David Navajas ha estudiado cómo afecta la rugosidad de la superficie del material a su capacidad para emitir radiación. "La presencia de rugosidad en la superficie altera las condiciones de interacción entre la luz y el material, lo que provoca fenómenos que modifican significativamente su respuesta óptica", ha afirmado el investigador. Para ello, ha modificado de forma controlada la superficie del material con una técnica que utiliza iones para golpearla y crear pequeñas irregularidades nanométricas, un proceso llamado grabado de iones reactivos (RIE, por sus siglas en inglés).

"Sorprendentemente, los resultados mostraron que una alta rugosidad reproduce comportamientos similares a estructuras complejas fabricadas mediante fotolitografía, demostrando así que se puede controlar la luz sin recurrir a técnicas de laboratorio avanzadas que crean estructuras a escala nanométrica", ha indicado David Navajas. Este hallazgo simplifica notablemente el desarrollo de dispositivos ópticos eficientes y económicos, además de realizables a gran escala.

La tesis doctoral también presenta la posibilidad de integrar carburo de silicio con materiales bidimensionales emergentes, conocidos como materiales de van der Waals, que están compuestos por capas atómicas extremadamente delgadas, como el grafeno. Durante una estancia de investigación en la Universidad de Iowa (EEUU), el autor ha estudiado materiales como el telururo de hafnio (HfTe2) o el trióxido de molibdeno (MoO3). Estos compuestos, formados por capas ultrafinas de átomos que pueden separarse fácilmente, permiten interacciones electromagnéticas extremadamente intensas, útiles para desarrollar sensores, detectores y sistemas de control térmico de alta precisión a muy pequeña escala.

De hecho, durante su investigación, junto con Aitana Tarazaga y Javier Alfaro, han conseguido por primera vez transferir láminas ultrafinas de carburo de silicio, lo que abre nuevas vías para combinar este material con otros sistemas bidimensionales y estudiar nuevos fenómenos ópticos.

David Navajas se graduó en Ingeniería Eléctrica en la Universidad de La Rioja y cursó el Máster Universitario en Energías Renovables por la UPNA, donde ha desarrollado su tesis doctoral, dirigida por los investigadores Iñigo Liberal Olleta, vinculado al Instituto de Smart Cities (ISC) de la institución académica, y José Manuel Pérez Escudero.

El nuevo doctor por la UPNA inició su carrera investigadora en el Centro Nacional de Energías Renovables (CENER), donde estudió procesos de fotolitografía orientados a evitar la adherencia de partículas en células solares.

Durante su etapa doctoral, ha participado en congresos internacionales y ha publicado sus resultados en revistas científicas de alto impacto, además de haber realizado una estancia de investigación en Estados Unidos.