Conform Descopera: Oamenii de știință au programat căldura: o premieră în fizică
O echipă internațională de cercetători a revoluționat modul în care înțelegem și controlăm energia termică, creând ceea ce ei numesc „căldură programabilă”. Această inovație, bazată pe separarea proceselor de absorbție și emisie a căldurii, sfidează legi fundamentale ale fizicii, deschizând noi orizonturi pentru tehnologii avansate.
Cum funcționează ingenioasa inovație?
Până acum, controlul precis al căldurii a fost o provocare majoră, limitat de legea radiației termice formulată de Gustav Kirchhoff. Aceasta stipulează că proprietatea unei suprafețe de a absorbi căldura la un anumit unghi și lungime de undă este egală cu capacitatea sa de a o emite în aceleași condiții. Cercetătorii au conceput un sistem teoretic care, prin manipularea luminii cu ajutorul unui câmp magnetic, reușește să despartă aceste două procese.
Tehnologia propusă utilizează un dispozitiv numit metagrating, care combină un material magneto-optic, sensibilitatea la câmpuri magnetice, cu un material cu schimbare de fază. Acesta din urmă, un aliaj de germaniu, antimoniu și telur (similar celor folosite în CD-urile și DVD-urile reinscriptibile), are capacitatea de a memora starea sistemului, trecând între o formă amorfă și una cristalină. Structura sub forma unei rețele de microstriații captează și direcționează lumina mult mai eficient. Prin ajustarea unghiului luminii, a intensității câmpului magnetic și a dimensiunilor structurii, absorbția căldurii poate fi controlată independent de emisia sa termică.
„Am reușit să facem radiația termică să se comporte într-un mod mai inteligent”, a declarat fizicianul Shunsuke Murai, de la Universitatea Metropolitană din Osaka, Japonia. Potrivit acestuia, demonstrarea acestor proprietăți ar putea deschide calea către o nouă generație de emițătoare în infraroșu, senzori, dispozitive pentru gestionarea energiei și memorii fotonice.
Potențialul imens al noii tehnologii
Deocamdată, rezultatele se bazează exclusiv pe modele matematice și simulări. Următorul pas esențial este construcția unui prototip funcțional. Cercetătorii consideră că această abordare reprezintă un pas important spre dezvoltarea unor dispozitive capabile să controleze activ radiația termică la scară microscopică. Totuși, ei recunosc că cercetarea s-a axat preponderent pe absorbția căldurii, emisia termică analizată mai puțin.
Provocarea tehnică majoră o reprezintă necesitatea utilizării unui câmp magnetic extern. Pe termen lung, scopul este crearea unor dispozitive compacte care să gestioneze fluxul de căldură la fel de eficient cum circuitele electronice controlează curentul electric. Astfel de tehnologii ar putea duce la senzori în infraroșu mai performanți, sisteme energetice mai eficiente și noi tipuri de memorii fotonice. Studiul a fost publicat în revista Laser & Photonics Reviews.
Sursa: Descopera
