Обычно материал поглощает и выделяет тепло взаимосвязанным образом: поверхность, которая хорошо поглощает тепло при определенной длине волны и направлении, будет выделять тепло теми же способами. Это фундаментальное соотношение, известное как принцип взаимности, ограничивает нашу способность самостоятельно контролировать поглощение и выделение тепла.
Но если бы поглощение и излучение можно было разделить, инженеры могли бы создавать устройства, которые поглощают тепло с одной стороны и излучают его с другой. «Направляя» тепловую энергию, они могли бы разработать более эффективные технологии управления теплом, преобразования энергии, инфракрасного зондирования и тепловой связи.
Международная исследовательская группа под руководством профессора Коити Окамото и доктора Сюнсукэ Мурая из Высшей инженерной школы Университета Осаки обратилась к магнитооптическим материалам. В таких материалах взаимодействие со светом можно изменять с помощью магнитного поля. Объединив магнитооптический материал со специальным материалом с фазовым переходом под названием GST, команда создала устройство, которое может не только управлять направлением теплового излучения, но и включать и выключать этот эффект, а также сохранять его состояние даже при отключении питания, что позволяет программировать тепло, как данные в микрочипе.
«Мы заставили тепловое излучение вести себя “умнее”», — объяснил доктор Мурай. «Реализация этих возможностей в работающей модели может привести к появлению нового поколения эффективных инфракрасных излучателей, устройств, использующих тепловую энергию, датчиков и технологий фотонной памяти.»
Ученые обнаружили, что их устройство по-разному реагирует на свет в зависимости от его направления, даже если свет падает почти перпендикулярно. Это стало огромным шагом вперед по сравнению с предыдущими устройствами, для которых требовалось, чтобы свет падал под очень большим углом, при котором эффективность поглощения и излучения снижалась по сравнению с нормальным падением. Кроме того, эффект «включения и выключения» в предыдущих устройствах был сильно выражен, а при отключении питания данные в памяти терялись, что затрудняло перенастройку.