[ca] L'avanç d'estratègies per a controlar el transport de calor és la clau per a desenvolupar noves rutes de captació d'energia tèrmica, mentre que el desenvolupament de solucions tèrmiques intel·ligents de propera generació depèn en gran mesura de la nostra comprensió dels fonaments del transport de calor a escales espacials petites i temporals curtes. En particular, l'anisotropia tèrmica ha atret recentment una atenció renovada a causa del desenvolupament de, per exemple, materials de baixa dimensionalitat que presenten anisotropia artificial derivada d'aspectes geomètrics. Amb la finalitat d'investigar exhaustivament les propietats de transport de calor dels materials a través d'escales i dimensions diverses, una àmplia gamma de mètodes estacionaris i transitoris per a determinar la conductivitat tèrmica i la difusivitat tèrmica ha sorgit en les últimes dècades. Entre ells, les termoreflectàncies sense contacte en el domini temporal i freqüencial (TDTR i FDTR) han demostrat la seva fiabilitat i versatilitat per a estudiar la conductivitat (difusivitat) tèrmica de materials en volum i en pel·lícula prima. No obstant això, aquests mètodes ja ben establerts no són intrínsecament sensibles a l'anisotropia tèrmica a causa de la simetria de la font de calor (típicament gaussiana). Per a resoldre aquest problema simplement s'introdueix un desplaçament espacial entre l'escalfador (excitació) i el termòmetre (anàlisi), augmentant així de manera natural la sensibilitat al transport de calor en el pla. No obstant això, l'esquema de desplaçament del feix basat en focus gaussians puntuals també presenta inconvenients, especialment la complicació en l'anàlisi de les dades. En aquesta tesi, s'han desenvolupat dos enfocaments metodològics experimentals avançats sense contacte per a estudiar el transport tèrmic en materials, centrats en l'anisotropia tèrmica i el transport tèrmic en el pla. Aquests mètodes es denominen "Termometria de termoreflectància anisotròpica" (ATT) i "Determinació de la difusivitat tèrmica en el pla utilitzant termoreflectància en domini freqüencial amb desplaçament de feix i font de calor òptica unidimensional". Aquests mètodes utilitzen una font de calor unidimensional, en lloc de fonts de calor gaussianes en forma de punt, proporcionant tres avantatges fonamentals: (i) a causa de la seva naturalesa òptica, és possible girar arbitràriament l'orientació de l'escalfador en forma de línia respecte als eixos cristal·logràfics en el pla de la mostra; (ii) és altament sensible a l'anisotropia tèrmica en el pla, que es veu reforçada si s'estableix un desplaçament espacial entre les posicions d'excitació i anàlisi; i (iii) la distribució unidimensional d'energia dins de la font de calor produeix un decaïment espacial més lent del camp tèrmic, permetent analitzar les dades obtingudes sense que calgui conèixer la distribució espacial d'energia de la font de calor. S'han validat amb èxit aquests mètodes mitjançant l'estudi de diversos materials ben caracteritzats, tant en volum com en pel·lícula prima, cadascun amb una difusivitat tèrmica significativament diferent, com el grafit pirolític altament orientat (HOPG), membranes suspeses de polímer i silici de diferents gruixos, així com substrats de bismut, silici i vidre en volum. També s'han aplicat amb èxit les tècniques esmentades per a investigar les propietats de transport tèrmic de diversos materials, com ara polimorfs de Ga2O3, PdSe2, semiconductors wurtzita (ZnO, ZnS, AlN i GaN) i multicapes de grafè sobre quars. L'aplicació amb èxit d'aquestes tècniques a cristalls amb diferents graus d'anisotropia, flocs de grandària micromètrica i fins i tot pel·lícules de gruix atòmic sobre substrats, posa de manifest la versatilitat i aplicabilitat dels mètodes. La possibilitat d'estudiar materials tan diversos en diferents dimensions proporciona valuosos coneixements sobre les seves propietats de transport tèrmic i obre noves vies de recerca.

[es] El avance de estrategias para controlar el transporte de calor es la clave para desarrollar nuevas rutas de captación de energía térmica, mientras que el desarrollo de soluciones térmicas inteligentes de próxima generación depende en gran medida de nuestra comprensión de los fundamentos del transporte de calor a escalas espaciales pequeñas y temporales cortas. En particular, la anisotropía térmica ha atraído recientemente una atención renovada debido al desarrollo de, por ejemplo, materiales de baja dimensionalidad que presentan anisotropía artificial derivada de aspectos geométricos. Con el fin de investigar exhaustivamente las propiedades de transporte de calor de los materiales a través de escalas y dimensiones diversas, una amplia gama de métodos estacionarios y transitorios para determinar la conductividad térmica y la difusividad térmica ha surgido en las últimas décadas. Entre ellos, las termoreflectancias sin contacto en el dominio temporal y de la frecuencia (TDTR y FDTR) han demostrado su fiabilidad y versatilidad para estudiar la conductividad (difusividad) térmica de materiales en volumen y en película delgada. Sin embargo, estos métodos ya bien establecidos no son intrínsecamente sensibles a la anisotropía térmica debido a la simetría de la fuente de calor (típicamente gaussiana). Para resolver este problema simplemente se introduce un desplazamiento espacial entre el calentador (excitación) y el termómetro (análisis), aumentando así de forma natural la sensibilidad al transporte de calor en el plano. Sin embargo, el esquema de desplazamiento del haz basado en focos gaussianos puntuales también presenta inconvenientes, especialmente el análisis complicado de los datos. En esta tesis, se han desarrollado dos enfoques experimentales avanzados sin contacto para estudiar el transporte térmico en materiales, centrados en la anisotropía térmica y el transporte térmico en el plano. Estos métodos se denominan "Termometría de termoreflectancia anisotrópica" (ATT) y "Determinación de la difusividad térmica en el plano utilizando termoreflectancia en dominio de frecuencia con desplazamiento de haz y una fuente de calor óptica unidimensional". Estos métodos utilizan una fuente de calor unidimensional, en lugar de fuentes de calor gaussianas en forma de punto, proporcionando tres ventajas fundamentales: (i) debido a su naturaleza óptica, es posible rotar arbitrariamente la orientación del calentador en forma de línea con respecto a los ejes cristalográficos en el plano de la muestra; (ii) es altamente sensible a la anisotropía térmica en el plano, que se ve reforzada si se establece un desplazamiento espacial entre las posiciones de excitación y análisis; y (iii) la distribución unidimensional de energía dentro de la fuente de calor produce un decaimiento espacial más lento del campo térmico, permitiendo analizar los datos obtenidos sin que sea preciso conocer la distribución espacial de energía de la fuente de calor. Se han validado con éxito dichos métodos mediante el estudio de varios materiales bien caracterizados, tanto en volumen como en película delgada, cada uno con una difusividad térmica significativamente diferente, como el grafito pirolítico altamente orientado (HOPG), membranas suspendidas de polímero y silicio de distintos grosores, así como sustratos de bismuto, silicio y vidrio en volumen. También se han aplicado con éxito las técnicas mencionadas para investigar las propiedades de transporte térmico de diversos materiales, como polimorfos de Ga2O3, PdSe2, semiconductores wurtzita (ZnO, ZnS, AlN y GaN) y multicapas de grafeno sobre cuarzo. La aplicación con éxito de estas técnicas a cristales con distintos grados de anisotropía, copos de tamaño micrométrico e incluso películas de espesor atómico sobre sustratos pone de manifiesto la versatilidad y aplicabilidad de los métodos. La posibilidad de estudiar materiales tan diversos en distintas dimensiones proporciona valiosos conocimientos sobre sus propiedades de transporte térmico y abre nuevas vías de investigación.