Існують певні закони фізики, які визначають, як тепло повинно поводитися. Наприклад, закон Кірхгофа про теплове випромінювання, який вимагає, щоб здатність поверхні поглинати тепло під певним кутом і довжиною хвилі відповідала її здатності випромінювати тепло під тим же кутом і довжиною хвилі.

Це правило ускладнює контроль за тепловою енергією, і хоча раніше були знайдені обхідні рішення, вони були неефективними та нестабільними.

У новому дослідженні, опублікованому в Laser & Photonics Reviews, міжнародна команда дослідників може запропонувати спосіб відокремити поглинання та випромінювання, щоб досягти програмованого тепла.

Пристрій для декуплювання тепла
Дослідники відокремили поглинання тепла від його випромінювання.

Інновація базується на маніпуляції світлом за допомогою магнітного поля: напрямок випромінювання тепла можна контролювати, маніпуляцію можна вмикати та вимикати, а система може навіть запам'ятовувати свій стан, коли вимкнена.

«Ми змусили теплове випромінювання поводитися розумніше», — говорить фізик Шунсуке Мурай з Осацького метрополітену в Японії.

«Досягнення цих можливостей у робочій моделі може дозволити створити нове покоління ефективних інфрачервоних випромінювачів, термічних енергетичних пристроїв, датчиків і фотонних пам'яті».

Пристрій програмованого тепла
Запропонований пристрій створює затримку між поглинанням тепла та його випромінюванням.

Пристрій, який уявили дослідники, називається метагратингом. Він поєднує магнітооптичний матеріал, який регулює поведінку поглинутого тепла під впливом магнітного поля, і матеріал зміни фази, який діє як пам'ять.

Цей 'гратинг' також важливий. Маленькі, ретельно спроектовані ребра будуть ловити та направляти вхідне світло, роблячи його більш керованим, ніж попередні системи, і більш життєздатним як практичне рішення.

Регулюючи кут світла, силу магнітного поля та фізичні розміри гратингу, дослідники можуть 'програмувати' бажану поведінку поглинання тепла — без того ж зворотного теплового випромінювання.

«Просто регулюючи кут падіння, робоча довжина хвилі несиметричного поглинача може безперервно налаштовуватися на широкий спектр», — пишуть дослідники.

Ця гнучкість і універсальність означає, що програмований пристрій матиме широкий спектр потенційних застосувань. Однак наразі це все ще теоретична фізика та математика, і наступним етапом є фактичне створення прототипу.

Цікавий факт

Матеріал, який використовується в цьому дослідженні, Ge2⁢Sb2⁢Te5, також застосовується в перезаписуваних CD та DVD.