Os pesquisadores descobriram que um metamaterial, uma pilha de camadas de semicondutores de Ingaas, pode emitir uma radiação significativamente mais infravermelha do que absorve. Quando esta amostra foi aquecida (~ 540 K) em um campo magnético de 5 tesla, exibiu um recorde de não-recipidade de 0,43 (cerca do dobro do melhor anterior). Em outras palavras, viola fortemente a lei de Kirchhoff e força o calor a fluir de uma maneira. Essa demonstração de fortes emissão térmica não recíproca pode permitir dispositivos como diodos térmicos unidirecionais e melhorar tecnologias como termofotevoltaicos solares e gerenciamento de calor.
De acordo com o publicado estudaro novo dispositivo é fabricado a partir de cinco camadas ultrafinas de um semicondutor chamado arseneto de gálio de índio, cada um com 440 nanômetros de espessura. As camadas foram gradualmente dopadas com mais elétrons à medida que foram mais profundas e foram colocadas em uma base de silício. Os pesquisadores então aqueceram o materials a cerca de 512 ° F e aplicaram um forte campo magnético de 5 teslas. Sob essas condições, o materials emitiu 43% mais luz infravermelha em uma direção do que absorvida – um forte sinal de não -reciprocidade. Esse efeito foi duas vezes mais forte do que em estudos anteriores e trabalhou em muitos ângulos e comprimentos de onda infravermelho (13 a 23 microns).
Ao fornecer um fluxo de calor unidirecional, o metamaterial serviria como um transistor ou diodo térmico. Pode aumentar a termofotoltaica photo voltaic, enviando calor residual para células de colheita de energia e auxilia no controle do calor na detecção e na eletrônica. Tem implicações potenciais para a colheita de energia, controle térmico e novos dispositivos de calor
Desafiador de simetria térmica
A Lei da Radiação Térmica de Kirchhoff (1860) afirma que, no equilíbrio térmico, a emissividade de um materials é igual à sua absorção em cada comprimento de onda e ângulo. Praticamente, essa reciprocidade significa uma superfície que emite fortemente o infravermelho o absorverá igualmente bem.
Quebrar essa simetria requer violar a simetria de reversão do tempo, como aplicar um campo magnético a um materials magneto-óptico. Por exemplo, um estudo de 2023 mostrou que uma única camada de arseneto de índio (inAs) em um campo magnético ~ 1 T poderia produzir emissão térmica não recrocada. No entanto, esse efeito foi extremamente fraco e trabalhou apenas em comprimentos de onda e ângulos específicos. Até agora, os projetos magneto-ópticos alcançaram apenas pequenos desequilíbrios de emissão-absorção em condições muito restritivas. A nova conquista demonstra que os materiais criados pelo homem podem produzir emissores térmicos unidirecionais.
