En un hallazgo que redefine los fundamentos de la física térmica, investigadores del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC) y la Universidad Autónoma de Madrid han descubierto una nueva ley universal que explica cómo se comporta el calor cuando dos superficies están separadas por apenas unos átomos. El estudio, publicado en Nature Communications, resuelve una paradoja que llevaba años desconcertando a la comunidad científica: ¿por qué ciertos experimentos térmicos parecían contradecir las leyes físicas conocidas?
La respuesta, sorprendentemente, está en el agua. No en grandes cantidades, sino en imperceptibles moléculas que forman puentes líquidos entre materiales, alterando radicalmente el flujo de calor.
“Nos hemos topado con una nueva ley universal de transporte de calor en cuellos de agua”, afirma el investigador Guilherme Vilhena (ICMM-CSIC).
¿Cómo se comporta el calor en la escala atómica?
A escala nanométrica —millones de veces más pequeña que un milímetro— el calor no se transmite de forma directa. En lugar de fluir como se esperaba, se dispersa de manera difusa cuando atraviesa estos puentes líquidos invisibles. Este fenómeno afecta directamente a la conductancia térmica, es decir, la facilidad con la que el calor atraviesa un material.
Tabla: Portadores de calor en la escala nanométrica
| Tipo de portador | Descripción | Influencia en el transporte térmico |
| Electrones | Partículas cargadas | Alta conductividad en metales |
| Fonones | Vibraciones de la red atómica | Dominan en sólidos no metálicos |
| Fotones | Partículas de luz | Relevantes en espacios vacíos o radiación térmica |
| Moléculas de agua | Puentes líquidos invisibles | Alteran la dirección y velocidad del calor |
“El transporte de calor es difuso, y depende de una relación entre la conductancia y el tamaño del cuello del agua”, explica Óscar Mateos López, investigador del ICMM-CSIC.
El enigma que desconcertaba a la ciencia
Durante años, los científicos observaron señales térmicas que no coincidían con las predicciones teóricas. Las mediciones realizadas entre superficies separadas por unos pocos átomos mostraban magnitudes inexplicables. El equipo del ICMM-CSIC resolvió el misterio mediante simulaciones por ordenador que revelaron la formación de meniscos de agua —puentes líquidos entre superficies metálicas— que modificaban el comportamiento térmico.
“Había señales térmicas cuya magnitud no puede explicarse con los métodos estándar de transporte de calor”, recuerda Vilhena.
Este descubrimiento no solo resuelve un puzzle fundamental, sino que también abre nuevas vías para estudiar cómo se comportan los líquidos en espacios ultrapequeños, con aplicaciones que van desde la electrónica hasta la biotecnología.
Aplicaciones tecnológicas: del laboratorio al mundo real
La nueva ley universal tiene implicaciones directas en varias tecnologías emergentes:
- Termofotovoltaica: convierte calor en electricidad mediante radiación infrarroja.
- Gestión térmica en electrónica: mejora el control de temperatura en dispositivos, evitando sobrecalentamientos.
- Sensores térmicos y termografía: permite mediciones más precisas en entornos extremos.
Gráfico: Impacto potencial del descubrimiento en sectores tecnológicos
Electrónica ──────────────── ██████████████ 90%
Energía solar ────────────── ███████████ 80%
Biotecnología ────────────── █████████ 70%
Sensores térmicos ────────── ████████ 60%
Materiales avanzados ─────── ███████ 55%
Estimación de impacto tecnológico según ICMM-CSIC
