Учёные из Японии разработали программируемый материал, открывающий новые возможности для управления теплом. Технология обладает широким спектром потенциальных применений: от высокоэффективных энергетических систем до фотонной памяти следующего поколения.
В обычных условиях тепловые процессы подчиняются строгим физическим правилам. Материал, поглощающий тепло определенной длины волны с конкретного направления, зеркально его излучает. Это называется принципом взаимности. Ранее исследователям не удавалось независимо контролировать процессы поглощения и излучения. Если бы удалось создать материал, способный принимать тепло с одного направления и отдавать его в другом, это позволило бы управлять тепловой энергией с беспрецедентной точностью. Подобный прорыв способен радикально изменить системы терморегулирования, преобразования энергии, а также привести к созданию инфракрасных датчиков и систем передачи данных нового типа.
Для решения этой задачи исследователи Высшей инженерной школы при Осакском столичном университете использовали магнитооптические материалы, свойства которых изменяются под воздействием магнитного поля. Совместив их с материалом, способным менять фазовое состояние (соединение германия, сурьмы и теллура, известное как GST), они создали устройство, способное менять направление теплового излучения. Состояние системы можно переключать, причем устройство «запоминает» выбранный режим даже после отключения питания. Это означает, что тепловые процессы можно программировать аналогично тому, как записываются данные в чипы постоянной памяти.
Разработка эффективно реагирует на направление падающего излучения, продолжая работать даже при падении потока практически перпендикулярно к поверхности. Ранее подобные механизмы срабатывали только при острых углах, что существенно снижало эффективность поглощения и излучения. Благодаря этому открытию становится возможным управлять тепловыми потоками с той же точностью, с какой современная электроника управляет электрическим током. По словам авторов исследования, это приближает создание новых типов фотонной памяти, где информация будет храниться с помощью света и тепла, а не электрических зарядов.
