Materialul arată rece în timp ce se încălzește

Este un Houdini termodinamic: primul material care pare să se răcească pe măsură ce se încălzește. Din cauza modului neobișnuit în care materialul interacționează cu lumina infraroșie, descoperirea, care apare pe 21 octombrie în Analiza fizică Xar putea duce la camuflarea împotriva camerelor cu senzori de căldură și la dispozitive eficiente de încălzire și răcire.

Manualele de fizică explică că cu cât un corp devine mai fierbinte, cu atât radiază mai multă lumină. Acest principiu permite soldaților cu ochelari cu infraroșu să descopere inamicii chiar și în întuneric total.

Dar oamenii de știință încep să învețe cum să proiecteze materiale care nu întotdeauna radiază mai mult pe măsură ce se încălzesc. Pentru a face acest lucru, cercetătorii încearcă adesea să găsească materiale care schimbă în mod natural modul în care interacționează cu lumina sau electricitatea la anumite temperaturi. Compusul dioxid de vanadiu face o astfel de tranziție în jurul anului 70^o Celsius, trecând brusc de la un izolator electric la un conductor.

Mikhail Kats, un student absolvent la Universitatea Harvard, s-a întrebat cum va interacționa dioxidul de vanadiu cu lumina peste temperatura sa de tranziție. Așa că Kats și colegii săi au depus un strat gros de 150 de nanometri de dioxid de vanadiu pe o plachetă de safir.

Apoi, cercetătorii au încălzit proba de dioxid de vanadiu-safir și, cu o cameră în infraroșu, au măsurat câtă lumină infraroșie a emis proba pe măsură ce s-a încălzit. Culoarea a trecut treptat de la albastru la roșu pe măsură ce temperatura probei a crescut de la 60°C^o la 74^o, așa cum este tipic pentru un obiect care se încălzește. Dar apoi s-a întâmplat ceva ciudat: chiar dacă temperatura probei a continuat să crească până la 100^ocitirea camerei a revenit la un albastru glacial și a rămas acolo.

„Am văzut acest efect cu adevărat dramatic”, spune Kats. „Ai un obiect care la 90^o arată la fel ca la 50^o.”

Deoarece materialul își ascunde în mod eficient temperatura, ar putea permite soldaților și aeronavelor militare să evite senzorii termici, cred Kats și colegii săi. Un astfel de material ar putea permite, de asemenea, încălzitoarelor să mențină o temperatură constantă, emitând mai puține radiații în condiții reci și mai mult în condiții calde. Kats spune că o astfel de tehnologie ar putea conserva energia pe sateliții spațiali, care controlează temperatura lor numai prin absorbția și radiația luminii.

Cercetătorii doresc, de asemenea, să știe cum dioxidul de vanadiu își rearanjează structura internă pe măsură ce se încălzește pentru a crea interacțiuni neobișnuite cu lumina și electricitatea. Kats și colegii săi speră că înțelegerea structurii la scară fină a dioxidului de vanadiu îi va ajuta să controleze modul în care acesta radiază lumină.

Potențialele perspective asupra modului în care funcționează astfel de „metamateriale naturale” îl entuziasmează pe Daniel Wasserman, inginer electrician la Universitatea Illinois din Urbana-Champaign. „Este o hârtie foarte inteligentă”, spune el. „Deschide ușa către o fizică cu adevărat interesantă.”