Saada lämpö käyttäytymään datan tavoin

Normaalisti materiaali absorboi ja säteilee lämpöä toisiinsa kytketyllä tavalla: pinta, joka absorboi lämpöä hyvin tietyllä aallonpituudella ja suunnassa, myös säteilee lämpöä samalla tavalla. Tämä perustavanlaatuinen suhde, joka tunnetaan vastavuoroisuutena, rajoittaa kykyämme hallita lämmön absorptiota ja lämmön säteilyä erikseen.

Mutta jos absorptio ja säteily voitaisiin erottaa toisistaan, insinöörit voisivat suunnitella laitteita, jotka absorboivat lämpöä yhdestä suunnasta ja säteilevät sitä toisesta. "Ohjaamalla" lämpöenergiaa he voisivat luoda tehokkaampia lämmönhallinta-, energianmuunnos-, infrapuna-anturi- ja lämpöön perustuvia tietoliikenneteknologioita.

Luodakseen materiaalia, joka käyttäytyy eri tavalla tulevan ja lähtevän säteilyn suhteen, Osakan metropoliyliopiston teknillisen tiedekunnan professori Koichi Okamoton ja tohtori Shunsuke Murain johtama kansainvälinen tutkimusryhmä kääntyi magneto-optisten materiaalien puoleen. Näissä materiaaleissa vuorovaikutusta valon kanssa voidaan muuttaa magneettikentän avulla.

Yhdistämällä magneto-optisen materiaalin erityiseen faasimuutosmateriaaliin nimeltä GST, tiimi loi rakenteen, joka voi paitsi hallita lämpösäteilyn suuntaa, myös kytkeä tämän vaikutuksen päälle ja pois ja muistaa sen tilan, vaikka virta katkaistaan, jolloin lämpöä voidaan ohjelmoida kuten dataa mikrosirussa.

”Saimme lämpösäteilyn käyttäytymään ’älykkäämmin”, tohtori Murai selitti. ”Näiden ominaisuuksien saavuttaminen toimivassa mallissa voisi mahdollistaa uuden sukupolven tehokkaita infrapunasäteilijöitä, lämpöenergialaitteita, sensoreita ja fotonisia muistiteknologioita.”

He havaitsivat, että heidän laitteensa reagoi eri tavoin valon suunnasta riippuen, jopa silloin, kun valo saapui lähes suoraan. Tämä merkitsi valtavaa parannusta verrattuna aikaisempiin laitteisiin, jotka vaativat valon saapuvan erittäin suurista kulmista, jolloin absorptio- ja säteilytehokkuudet laskivat verrattuna normaaliin tulokulmaan. Lisäksi aiempien laitteiden ”päälle- ja poiskytkentä”-ilmiö oli erittäin vaihteleva, ja muisti menetettiin, kun virta katkaistiin, mikä rajoitti uudelleenkonfigurointia.

”Perimmäisenä tavoitteenamme on kehittää kompakteja laitteita, jotka voivat aktiivisesti ohjata lämpösäteilyä, aivan kuten elektroniset piirit ohjaavat sähkön kulkua”, professori Okamoto sanoi. ”Tällaisia laitteita voitaisiin käyttää älykkäämmissä infrapunasensoreissa, tehokkaammissa energiajärjestelmissä ja uudentyyppisissä fotonisissa muisteissa, jotka tallentavat informaatiota käyttämällä valoa ja lämpöä sähkövarausten sijaan.”

Aiheesta aiemmin:

Lämmön avulla tehokkaampia muisteja

Prototyyppi lämpömuistista ja jänniteohjattu lämmönvirtaus