1580
У більшості матеріалів те, як поглинається тепло, і те, як воно випромінюється, нерозривно пов’язані: якщо поверхня ефективно поглинає тепло з певного напрямку чи довжини хвилі, вона так само його й випромінює. Цей давній принцип, відомий як взаємність, ускладнював незалежне керування тим, як теплова енергія входить у матеріал і виходить із нього. Науковці з Осацького столичного університету створили матеріал, здатний обійти це обмеження. Роботу опублікували в журналі Laser & Photonics Reviews.
Якби ці два процеси вдалося розділити, інженери могли б спрямовувати тепло значно точніше: матеріал поглинав би теплову енергію з одного напрямку, а вивільняв — в іншому, що потенційно покращило б керування теплом, перетворення енергії, інфрачервоне зондування й теплову комунікацію. Щоб подолати обмеження, міжнародна команда під керівництвом професора Коїчі Окамото й доктора Шунсуке Мурая розробила новий тип пристрою на основі магнітооптичних матеріалів, які змінюють взаємодію зі світлом під дією магнітного поля.
Науковці поєднали магнітооптичний матеріал із матеріалом фазового переходу під назвою GST. Отриманий пристрій може керувати напрямком, у якому випромінюється тепло, вмикати й вимикати цю поведінку та зберігати свою конфігурацію навіть після вимкнення живлення. По суті, він дозволяє «програмувати» тепло подібно до того, як дані зберігаються й контролюються всередині комп’ютерного чипа.
«Ми змусили теплове випромінювання поводитися «розумніше», — пояснив доктор Мурай. — Досягнення цих можливостей у робочій моделі може забезпечити нове покоління ефективних інфрачервоних випромінювачів, теплоенергетичних пристроїв, сенсорів і фотонних технологій пам’яті». Команда виявила, що пристрій реагує по-різному залежно від напрямку, з якого надходить світло, навіть коли воно падає майже прямо.
Це важлива перевага: раніші технології зазвичай вимагали, щоб світло падало на матеріал під дуже гострими кутами, що знижувало ефективність і поглинання, і випромінювання порівняно з прямим падінням. Новий дизайн усунув й інші недоліки попередніх систем — ті давали непослідовне перемикання між станами «увімкнено» й «вимкнено» та втрачали збережену конфігурацію після вимкнення живлення. Новий матеріал натомість надійно перемикає стани, зберігаючи пам’ять.
Дослідники розглядають цю технологію як важливий крок до пристроїв, що керують теплом із тією ж точністю, з якою електронні схеми керують електрикою. «Наша кінцева мета — розробити компактні пристрої, здатні активно контролювати теплове випромінювання, подібно до того, як електронні схеми керують потоком електрики, — зазначив професор Окамото. — Такі пристрої можна було б використовувати в розумніших інфрачервоних сенсорах, ефективніших енергосистемах і нових типах фотонної пам’яті».
Особливо цікавою є ідея пам’яті на основі світла й тепла замість електричних зарядів. Оскільки матеріал зберігає свій стан без постійного живлення, він може стати основою для енергоощадних пристроїв зберігання інформації. А здатність спрямовувати теплове випромінювання в потрібний бік відкриває шлях до систем, що ефективніше охолоджують електроніку чи, навпаки, збирають і перенаправляють теплову енергію. Хоча технологія ще потребує подальшого розвитку, вона демонструє, що навіть таке буденне явище, як тепло, можна перетворити на керований, «програмований» ресурс.
