Фізики знайшли спосіб «програмувати» тепло попри 160-річне правило

Міжнародна група фізиків запропонувала конструкцію матеріалу, здатного самостійно регулювати поглинання та випромінювання тепла. Особливість розробки в тому, що вона зберігає задані параметри навіть без постійного джерела енергії. Це відкриває шлях до створення ефективніших енергетичних систем та пристроїв, які використовують тепло замість електрики для зберігання інформації.

У своїй роботі, опублікованій у журналі Laser & Photonics Reviews, науковці описали спосіб обійти правило взаємності, сформульоване німецьким фізиком Густавом Кірхгофом ще в XIX столітті. Згідно з цим принципом, матеріал, який добре поглинає тепло в певному напрямку, так само добре його й випромінює. Це обмеження довгий час заважало інженерам незалежно контролювати вхідні та вихідні теплові потоки.

Запропонований пристрій складається з двох шарів, які зазвичай не використовують разом. Перший шар — арсенід індію — під дією магнітного поля втрачає природну симетрію. У результаті теплове випромінювання, що рухається в різних напрямках, поводиться по-різному. Другий шар — сполука германію, сурми та телуру — має здатність перемикатися між двома фізичними структурами. Цей матеріал із фазовим переходом може залишатися в обраній структурі, доки його навмисно не перемкнуть.

Після встановлення другого шару в потрібне положення він фіксує різницю в напрямку випромінювання тепла та утримує її без постійного живлення. Це дозволяє «програмувати» напрямок теплового потоку. Дослідники порівнюють такий механізм із комп’ютерною пам’яттю, яка зберігає запрограмований стан після вимкнення. Щоправда, замість даних пристрій зберігає матеріальний стан.

Наразі конструкція існує лише як теоретична модель, але автори вважають, що її можна втілити в життя за допомогою вже наявних технологій. Для студентів і викладачів ця розробка може бути цікавою як приклад того, як фундаментальні фізичні закони можна використовувати для створення практичних інновацій.