Международная группа исследователей под руководством учёных Осакского столичного университета разработала интеллектуальный материал, способный программно управлять тепловым излучением. В отличие от обычных материалов, новая структура позволяет независимо контролировать поглощение и испускание тепла, а также сохранять выбранное состояние даже после отключения питания.
Авторы считают, что технология может стать основой нового поколения инфракрасных сенсоров, энергоэффективных систем охлаждения, устройств преобразования энергии и фотонной памяти.
Как нарушить привычные законы теплообмена
Обычно тепло подчиняется фундаментальному принципу взаимности: материал, хорошо поглощающий тепловое излучение на определённой длине волны и под определённым углом, столь же эффективно испускает его в тех же условиях.
Это ограничение существенно затрудняет создание устройств, способных выборочно направлять тепловые потоки.
Исследователи предложили способ обойти эту фундаментальную связь.
Они объединили магнитооптический материал, изменяющий свои оптические свойства под действием магнитного поля, с хорошо известным фазоизменяемым материалом GST (германий–сурьма–теллур), широко применяемым в технологиях памяти.
Полученная структура позволяет управлять направлением теплового излучения, переключать режимы работы и сохранять выбранную конфигурацию без постоянного энергопитания.
Тепло как носитель информации
Одной из наиболее интересных особенностей разработки стала возможность программирования тепловых свойств материала.
После переключения устройство сохраняет своё состояние даже при отключении питания — аналогично тому, как энергонезависимая память хранит цифровые данные.
Фактически исследователи продемонстрировали возможность создания элементов, где информация кодируется не электрическими зарядами, а характеристиками теплового излучения.
Подобный подход рассматривается как перспективное направление развития фотонной памяти, использующей свет и тепловые процессы вместо традиционной электроники.
Работает практически при любом угле
Предыдущие подобные устройства обладали серьёзным недостатком: эффект проявлялся только при очень больших углах падения света, когда эффективность теплового обмена резко снижалась.
Новая конструкция сохраняет управляемость даже при почти нормальном падении излучения, что значительно расширяет возможности практического применения.
Кроме того, исследователям удалось решить ещё одну проблему ранних прототипов — нестабильность переключения. Новое устройство обеспечивает надёжную смену состояний и сохраняет запрограммированные параметры без необходимости постоянного питания.
Возможные области применения
По мнению авторов исследования, технология может найти применение в самых разных областях:
- интеллектуальных системах управления тепловыми потоками;
- энергоэффективных преобразователях тепловой энергии;
- инфракрасных датчиках нового поколения;
- системах тепловой маскировки;
- фотонной памяти;
- оптических вычислительных устройствах;
- космической технике, где критически важно точно регулировать тепловое излучение аппаратов.
Следующий шаг — «тепловая электроника»
Исследователи ставят перед собой более амбициозную цель — научиться управлять тепловым излучением столь же гибко, как современные электронные схемы управляют электрическим током.
Если эту концепцию удастся реализовать в компактных интегральных устройствах, появится новое направление — программируемая тепловая электроника, в которой тепловая энергия станет полноценным носителем информации и инструментом вычислений наряду с электричеством и светом.
Источник: https://scitechdaily.com/new-smart-material-can-control-heat-like-a-computer-chip/Если вам понравился материал, кликните значок — вы поможете нам узнать, каким статьям и новостям следует отдавать предпочтение. Если вы хотите обсудить материал —не стесняйтесь оставлять свои комментарии : возможно, они будут полезны другим нашим читателям!
