Oamenii de știință au încălcat o lege a fizicii veche de 160 de ani. Ce au reușit să creeze?

Adaugă-ne ca sursă preferată

Urmărește-ne in Discover

Oamenii de știință au creat căldură programabilă. Legile fizicii impun reguli stricte asupra modului în care se comportă căldura. Una dintre acestea este legea radiației termice formulată de Gustav Kirchhoff, potrivit căreia capacitatea unei suprafețe de a absorbi căldura la un anumit unghi și o anumită lungime de undă trebuie să fie egală cu capacitatea sa de a o emite în aceleași condiții.

Această regulă face dificilă controlarea precisă a energiei termice. Deși au fost propuse diverse metode pentru a ocoli această limitare, ele s-au dovedit ineficiente sau instabile.

Un nou studiu sugerează însă o soluție. O echipă internațională de cercetători a conceput un sistem teoretic care separă absorbția căldurii de emisia acesteia, permițând astfel controlarea programabilă a radiației termice.

Oamenii de știință au creat căldură programabilă. Cum au reușit?

Oamenii de știință au creat căldură programabilă. Tehnologia propusă se bazează pe manipularea luminii cu ajutorul unui câmp magnetic. Astfel, direcția în care este emisă căldura poate fi controlată, procesul poate fi activat sau dezactivat, iar dispozitivul își poate păstra starea chiar și după întreruperea alimentării.

„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.

Dispozitivul imaginat de cercetători poartă numele de metagrating și combină un material magneto-optic, care își modifică proprietățile sub acțiunea unui câmp magnetic, cu un material cu schimbare de fază, capabil să memoreze starea sistemului.

Acest al doilea material este aliajul Ge₂Sb₂Te₅, format din germaniu, antimoniu și telur, cunoscut și pentru utilizarea sa în CD-urile și DVD-urile reinscriptibile. El poate trece între o stare amorfă și una cristalină, păstrând astfel informația.

Un rol esențial îl are și structura sub forma unei rețele de microstriații, care captează și direcționează lumina mult mai eficient decât soluțiile anterioare. Prin modificarea unghiului de incidență al luminii, a intensității câmpului magnetic și a dimensiunilor acestei structuri, cercetătorii au arătat că absorbția căldurii poate fi „programată” fără ca emisia termică să fie obligată să urmeze aceleași reguli.

Ce se poate face cu această invenție?

Deocamdată, rezultatele sunt bazate exclusiv pe modele matematice și simulări, iar următorul pas este construirea unui prototip funcțional.

Autorii studiului consideră că această abordare reprezintă un pas important către dezvoltarea unor dispozitive capabile să controleze activ radiația termică la scară microscopică. Totuși, ei recunosc că cercetarea s-a concentrat în principal asupra absorbției căldurii, în timp ce emisia termică a fost analizată mai puțin. În plus, necesitatea utilizării unui câmp magnetic extern reprezintă o provocare tehnică ce va trebui depășită, scrie ScienceAlert.

Pe termen lung, cercetătorii speră să creeze dispozitive compacte care să controleze 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 care stochează informația folosind lumina și căldura, în locul sarcinilor electrice.

Studiul a fost publicat în revista Laser & Photonics Reviews.

Vă recomandăm să citiți și:

Pentru prima dată, astronomii au detectat zahăr în spațiul interstelar

Oamenii de știință testează un nou propulsor spațial care nu folosește combustibil, ci doar câmpul magnetic al Pământului

Premieră istorică: Calculatoarele cuantice deschid calea către fuziunea nucleară

Ce vor să afle oamenii de știință cu ajutorul „smartwatch-urilor” pentru plante?