Legea lui Kirchhoff părea de neclintit. O suprafață nu poate absorbi mai multă căldură decât poate emite, la același unghi și aceeași lungime de undă. Acest echilibru strict a blocat, până acum, orice tentativă de a controla precis energia termică.
O echipă internațională de cercetători spune că a găsit calea de a ocoli această regulă. Și nu doar că o ocolește, ci face căldura să se comporte programabil. Sistemul teoretic pe care l-au conceput separă absorbția de emisie. Cheia stă în manipularea luminii cu ajutorul unui câmp magnetic.
Practic, radiația termică poate fi dirijată într-o direcție precisă, poate fi pornită sau oprită, iar dispozitivul își amintește starea chiar și după ce curentul este întrerupt.
Metagratingul și aliajul care memorează
„Am reușit să facem radiația termică să se comporte într-un mod mai inteligent”, spune fizicianul Shunsuke Murai, de la Universitatea Metropolitană din Osaka. El și colegii săi au imaginat un dispozitiv numit metagrating.
Acesta combină două materiale speciale: unul magneto-optic, care își schimbă proprietățile sub acțiunea unui câmp magnetic, și unul cu schimbare de fază, capabil să memoreze starea sistemului.
Al doilea material este aliajul Ge₂Sb₂Te₅, format din germaniu, antimoniu și telur – același tip de compus folosit în CD-urile și DVD-urile reinscriptibile. El poate comuta între o stare amorfă și una cristalină, păstrând informația.
Structura în sine este și mai ingenioasă: o rețea de microstriații care captează și direcționează lumina mult mai eficient decât orice soluție anterioară.
Prin ajustarea unghiului de incidență al luminii, a intensității câmpului magnetic și a dimensiunilor acestor striații, cercetătorii au demonstrat teoretic că absorbția căldurii poate fi „programată” independent de emisia termică.
De la simulări la circuite termice
Deocamdată, totul există doar pe hârtie și în simulări matematice. Următorul pas este construirea unui prototip funcțional. Autorii studiului, publicat în revista Laser & Photonics Reviews, recunosc limitele abordării.
Cercetarea s-a concentrat asupra absorbției; emisia termică a fost analizată mai puțin. Și mai este o problemă practică: sistemul are nevoie de un câmp magnetic extern, ceea ce complică integrarea în dispozitive compacte. Pe termen lung, însă, viziunea este ambițioasă.
Oamenii de știință speră să creeze circuite termice care să controleze fluxul de căldură la fel de precis cum circuitele electronice controlează curentul electric.
Aplicațiile posibile includ senzori în infraroșu mult mai sensibili, sisteme energetice mai eficiente și memorii fotonice care stochează date folosind lumina și căldura, nu sarcinile electrice. O lume în care căldura nu mai este o forță oarbă, ci un instrument fin reglabil, pare acum mai aproape.
