Een nieuwe studie van de Osaka Public University brengt een revolutionaire doorbraak op het gebied van thermische techniek. Een internationaal onderzoeksteam onder leiding van professor Koichi Okamoto en universitair hoofddocent Shunsuke Murai van de School of Engineering heeft met succes een nieuw programmeerbaar slim materiaal ontwikkeld.De technologie overtreedt de wetten van de natuurkunde die lange tijd de controle over thermische energie hebben beperkt, waardoor ingenieurs warmte met ongekende precisie kunnen manipuleren en opslaan op dezelfde manier waarop een microchip elektrische stroom regelt. Dit baanbrekende resultaat is onlangs gepubliceerd in het bekende academische tijdschrift "Laser & Photonics Reviews".

In de traditionele natuurkunde heeft de warmtestroom altijd het strikte principe van 'uitwisselbaarheid' gevolgd (dwz de wet van wederkerigheid). Dit betekent dat een materiaal dat efficiënt warmte in een specifieke richting en golflengte absorbeert, deze op dezelfde manier zal vrijgeven, een eigenschap die wetenschappers lange tijd in staat heeft gesteld de warmte-absorptie en -uitstoot onafhankelijk te controleren. Om deze traditionele fysieke band te verbreken, heeft het onderzoeksteam op slimme wijze een ‘magneto-optisch materiaal’ gecombineerd dat de interactiekarakteristieken van licht onder een magnetisch veld verandert met een ‘faseveranderingsmateriaal’ genaamd GST, en met succes een nieuw apparaat gecreëerd dat de richting van thermische straling vrijelijk kan controleren.

Wat nog baanbrekender is, is dat het apparaat dit directionele stralingsgedrag niet alleen naar believen kan in- of uitschakelen, maar ook na het uitschakelen van de stroomtoevoer de ingestelde status kan blijven behouden. Dit betekent dat warmte kan worden "geprogrammeerd" en als gegevens in een microchip kan worden opgeslagen.

De onderzoekers merkten op dat het systeem een ​​enorme prestatiesprong maakte in vergelijking met eerdere ontwerpen. Traditionele soortgelijke apparaten kunnen nauwelijks werken wanneer licht onder zeer uitdagende en steile hoeken invalt, op welk punt de efficiëntie van het absorberen en uitstralen van warmte aanzienlijk wordt verminderd. Het nieuwe apparaat lost dit pijnpunt volledig op en kan een significante anisotrope respons vertonen, zelfs bij een quasi-sinusvormige hoek waar licht bijna verticaal invalt. Bovendien vertoonden eerdere ontwerpen ook gebreken zoals een onstabiele schakelstatus en geheugenverlies bij het uitschakelen. Het nieuwe apparaat biedt echter betrouwbaardere schakelprestaties en kan de opslagstatus perfect behouden zonder continue stroomvoorziening.

Deze innovatieve prestatie getuigt van een brede verbeeldingskracht op het gebied van toepassingsperspectieven. Het onderzoeksteam verklaarde dat hun uiteindelijke doel het ontwikkelen van geminiaturiseerde apparaten is die thermische straling actief kunnen controleren. Verwacht wordt dat ze in de toekomst niet alleen slimmere infraroodsensoren en efficiëntere energieconversiesystemen mogelijk zullen maken, maar ook de ontwikkeling van de volgende generatie fotonische opslagtechnologie zullen bevorderen, waardoor toekomstige computerchips licht en warmte kunnen gebruiken in plaats van traditionele ladingen om enorme hoeveelheden informatie op te slaan. De succesvolle implementatie van deze technologie betekent een solide stap voorwaarts voor de mensheid op het gebied van thermisch energiebeheer en de volgende generatie fotonische computers.