Método 3ω

El método 3ω (o técnica 3ω) es un método de medición para determinar la conductividad térmica de materiales a granel (sólidos o líquidos) y capas delgadas. El proceso consiste en aplicar un calentador metálico a la muestra, el cual se calienta periódicamente. Las oscilaciones de temperatura resultantes se miden. A partir de su dependencia de la frecuencia, se puede determinar la conductividad térmica y la difusividad térmica de la muestra.

El proceso fue publicado por primera vez por David Cahill y Robert Otto Pohl en 1987 en un artículo titulado "Conductividad térmica de sólidos amorfos por encima de la meseta" en Physical Review . ^{[ 1 ]}

El método 3ω se puede realizar depositando una estructura metálica delgada (generalmente un alambre o una película) sobre la muestra para que funcione como un calentador resistivo y un detector de temperatura de resistencia (RTD). El calentador se alimenta con corriente alterna a frecuencia ω, lo que induce un calentamiento Joule periódico a frecuencia 2ω (ya que${\displaystyle P=I^{2}R}$) debido a la oscilación de la señal de CA durante un solo período.

Habrá cierto retardo entre el calentamiento de la muestra y la respuesta de temperatura, que depende de las propiedades térmicas del sensor/muestra. Esta respuesta de temperatura se mide registrando la amplitud y el retardo de fase de la señal de voltaje de CA del calentador en un rango de frecuencias (generalmente mediante un amplificador de detección síncrona ).

Nótese que el retardo de fase de la señal es el desfase entre la señal de calentamiento y la respuesta de temperatura. El voltaje medido contendrá tanto el componente fundamental como el tercer armónico (ω y 3ω respectivamente), ya que el calentamiento Joule de la estructura metálica induce oscilaciones en su resistencia con una frecuencia de 2ω debido al coeficiente de temperatura de resistencia (TCR) del calentador/sensor metálico, como se indica en la siguiente ecuación:

${\displaystyle V=IR=I_{0}e^{i\omega t}\left(R_{0}+{\frac {\partial R}{\partial T}}\Delta T\right)=I_{0}e^{i\omega t}\left(R_{0}+C_{0}e^{i2\omega t}\right)=I_{0}R_{0}e^{i\omega t}+I_{0}C_{0}e^{i3\omega t}}$,

donde C₀ es constante. La conductividad térmica se determina mediante la pendiente lineal de la curva ΔT _vs. log ( ω ). Las principales ventajas del método 3ω son la minimización de los efectos de la radiación y una adquisición más sencilla de la dependencia de la conductividad térmica con la temperatura que en las técnicas de estado estacionario. Aunque se requiere cierta experiencia en la creación de patrones de películas delgadas y microlitografía , esta técnica se considera el mejor método de pseudocontacto disponible. ^{[ 2 ]}