A ScienceAlert beszámolója szerint egy nemzetközi kutatócsoport olyan tudományos áttörést ért el, amely alapjaiban kérdőjelezi meg a hőátadás eddig ismert korlátait. A fizika egyik alapvető szabálya, a Kirchhoff-féle hősugárzási törvény kimondja, hogy egy felület hőelnyelő képessége egy adott hullámhosszon és szögben meg kell, hogy egyezzen a kibocsátási képességével. Ez a kölcsönösségi elv eddig jelentősen megnehezítette a termikus energia hatékony irányítását, mivel a természetes folyamatok során a hőelnyelés és a hőkibocsátás szorosan összefonódik, a korábbi kísérleti megoldások pedig gyakran bizonyultak nem hatékonynak vagy instabilnak.
A Laser & Photonics Reviews szaklapban publikált új tanulmányban a kutatók egy olyan innovatív megoldást mutattak be, amely mágneses mezők segítségével képes szétválasztani ezt a két folyamatot. A rendszer lényege, hogy a hősugárzás iránya szabályozhatóvá válik, a folyamat ki- és bekapcsolható, sőt, az eszköz még kikapcsolt állapotban is képes megőrizni korábbi állapotát. Ez a technológiai ugrás a jövőben teljesen új utakat nyithat meg az infravörös sugárzók, a fejlett szenzorok és a fotonikus memóriák fejlesztésében, alapjaiban változtatva meg a termikus energia kezelését.
Murai Sunszuke, az Oszaka Metropolitan Egyetem fizikusa szerint a kutatás során sikerült „okosabbá tenni” a hősugárzást. A szakértő hangsúlyozta, hogy egy működőképes modell létrehozása a hatékonyabb energiarendszerek és a modern fotonikus technológiák alapköve lehet. A kutatók által megálmodott eszköz egy úgynevezett metarács, amely egy magneto-optikai anyagot és egy fázisváltó anyagot ötvöz. Ez utóbbi, a Ge2Sb2Te5 ötvözet – amely a korábbi újraírható CD-k és DVD-k technológiájából lehet ismerős – lehetővé teszi az amorf és kristályos állapotok közötti váltást, ami a memóriafunkcióért felel.
A metarács apró, precízen megtervezett bordázata képes csapdába ejteni és irányítani a beérkező fényt, ami sokkal kezelhetőbbé teszi a rendszert a korábbi kísérleti megoldásokhoz képest. A fény beesési szögének, a mágneses mező erősségének és a rács fizikai méreteinek finomhangolásával a kutatók képesek „programozni” a kívánt hőelnyelési viselkedést anélkül, hogy a kölcsönös hőkibocsátás korlátozná őket. A kutatók kiemelték, hogy a beesési szög egyszerű módosításával a nem reciprok abszorber működési hullámhossza folyamatosan hangolható egy széles spektrumon.
Bár a technológia jelenleg elméleti fizikai és matematikai modelleken alapul, a kutatócsoport már a prototípus megépítését tervezi. A munka szigorú fizikai keretrendszert teremt az aktív, nem reciprok termikus vezérléshez, ami elengedhetetlen a chip-méretű termikus fotonika fejlődéséhez. Bár a tanulmány elsősorban az elnyelésre fókuszált, a kibocsátás szabályozása is logikus következő lépésnek tűnik a fejlesztések során. A külső mágneses mező alkalmazása ugyan technikai kihívást jelent, de a szakértők szerint ez nem képezhet áthidalhatatlan akadályt a jövőbeli alkalmazások előtt.
Okamoto Koicsi, az Oszaka Metropolitan Egyetem másik fizikusa szerint a végső cél olyan kompakt eszközök kifejlesztése, amelyek az elektronikus áramkörökhöz hasonlóan képesek aktívan szabályozni a hősugárzást. Az ilyen berendezések forradalmasíthatják az infravörös érzékelők és az energiatároló rendszerek működését, ahol az információt elektromos töltések helyett fény és hő segítségével tárolják. Ez a kutatás ismételten rámutat arra, hogy a fizika törvényei nem kőbe vésett korlátok, hanem olyan szabályok, amelyeket a megfelelő technológiai innovációval meg lehet kerülni vagy a saját javunkra fordíthatunk.
A tudományos közösség várakozással tekint a következő fázis elé, ahol a laboratóriumi modellekből valós, gyakorlati eszközök válhatnak. A kutatók szerint a mostani eredmények nem csupán elméleti érdekességek, hanem a jövő termikus technológiáinak alapkövei, amelyek lehetővé teszik a hőenergia olyan szintű kontrollját, amelyre eddig nem volt példa a tudomány történetében.
Maradj velünk, hogy ne maradj le a friss hírekről!
Kövesd a GlobalHir.hu-t Facebookon, iratkozz fel Telegram-csatornánkra, vagy add hozzá RSS-feedünket, és értesülj gyorsan az új cikkekről.
