Изследователите нарушават основно правило, за да създадат нова концепция: топлина, която може да бъде насочена и „програмирана"

Обикновено един материал абсорбира и излъчва топлина по предвидим начин: повърхност, която абсорбира добре топлината при определена дължина на вълната и посока, също ще излъчва топлина по същия начин. Тази фундаментална връзка, известна като реципрочност, пречи да се контролира независимо абсорбцията и излъчването на топлина.

Но ако абсорбцията и излъчването могат да бъдат разделени, инженерите биха могли да проектират устройства, които абсорбират топлина от една посока, докато я излъчват в друга. Чрез „управление“ на топлинната енергия, те биха могли да създадат по-ефективно управление на топлината, преобразуване на енергия, инфрачервено наблюдение и технологии за топлинна комуникация.

За да създадат материал, който се държи различно при входяща и изходяща радиация, международен изследователски екип използва магнитооптични материали. При тези материали взаимодействието със светлината може да се променя с помощта на магнитно поле.

Чрез комбиниране на магнитооптичен материал със специален фазово-променящ се материал, наречен GST, екипът създава устройство, което може не само да контролира посоката на топлинното излъчване, но и да включва и изключва този ефект и да запомня състоянието му дори когато захранването е прекъснато, което позволява топлината да бъде програмирана като данни в микрочип.

„Накарахме топлинното излъчване да се държи по „по-интелигентен“ начин“, обяснява д-р Шунсуке Мурай (Shunsuke Murai) от Метрополитън университета в Осака. „Постигането на тези възможности в работещ модел би могло да даде възможност за ново поколение ефективни инфрачервени излъчватели, устройства за топлинна енергия, сензори и технологии за фотонна памет."

Изследователите откриват, че устройството им показва различни реакции в зависимост от посоката на светлината, дори когато светлината пада почти право напред. Това бележи огромен напредък в сравнение с предишни устройства, които са изисквали светлината да пада под много големи ъгли, при които ефективността на абсорбция и излъчване намалява в сравнение с тези при нормално падане. Освен това ефектът на „включване и изключване“ на предишните устройства е бил силно променлив и паметта се е губела при прекъсване на захранването, което ограничаваше преконфигурирането.

„Нашата крайна цел е да разработим компактни устройства, които могат активно да контролират топлинното излъчване, подобно на това как електронните схеми контролират потока на електричество“, заявява професор Коичи Окамото (Koichi Okamoto) от Метрополитън университета в Осака. „Такива устройства биха могли да се използват в по-интелигентни инфрачервени сензори, по-ефективни енергийни системи и нови видове фотонна памет, която съхранява информация, използвайки светлина и топлина, вместо електрически заряди."

Справка: Y. M. Qing, Y. Shen, J. Wu, S. Murai, Z. Dong, and K. Okamoto, “ Reconfigurable Giant Nonreciprocity at Near-Normal Incidence via Phase-Change Magneto-Optical Metagratings.” Laser & Photonics Reviews (2026): e71438. https://doi.org/10.1002/lpor.71438

Източник: Making heat behave like data, Osaka Metropolitan University