Calor agora pode ser direcionado e totalmente controlado

Controle total do calor

Os materiais normalmente absorvem e emitem calor de forma simétrica: Uma superfície que absorve bem o calor em um determinado comprimento de onda e direção também o emitirá da mesma maneira. Essa relação fundamental, conhecida como reciprocidade, é o maior empecilho ao desenvolvimento de tecnologias para controlar a absorção e a emissão de calor de modo independente.

Mas Ye Qing e colegas da Universidade Metropolitana de Osaka, no Japão, tiveram uma ideia engenhosa: Separar a absorção e a emissão de calor, viabilizando a criação de materiais e dispositivos que absorvem calor de uma direção, mas o emitem na outra.

A possibilidade de direcionar e controlar a energia térmica torna possível criar tecnologias mais eficientes para gerenciamento térmico e refrigeração, conversão de energia, sensores infravermelhos, comunicação e até processamento térmico.

Magnetismo e luz

Para criar um material que se comporta de maneira diferente para a radiação incidente e a radiação emitida, os pesquisadores se voltaram para os materiais magneto-ópticos, materiais nos quais a interação com a luz pode ser alterada por meio de um campo magnético. Combinando um material magneto-óptico com um material especial de mudança de fase, chamado GST (uma liga de germânio, antimônio e telúrio), a equipe criou um dispositivo capaz controlar a direção da radiação térmica.

Mas o resultado foi muito além, dando à inovação amplas possibilidades de aplicação: O componente também permite ativar e desativar o efeito de quebra da reciprocidade e, melhor ainda, de memorizar seu estado mesmo quando a energia é desligada. Ou seja, o dispositivo permite que o calor seja programado como se fossem os dados fluindo em um microchip, o que deverá dar suporte à computação termodinâmica, os computadores movidos a calor.

“Nós fizemos a radiação térmica se comportar de uma maneira ‘mais inteligente’,” explicou o professor Shunsuke Murai. “Alcançar essas capacidades em um modelo funcional pode viabilizar uma nova geração de emissores infravermelhos eficientes, dispositivos de energia térmica, sensores e tecnologias de memória fotônica.”

Memória de calor e memórias de luz

Outro elemento importante é que o componente de controle do calor apresenta respostas diferentes dependendo da direção da luz, mesmo quando a luz incide quase diretamente sobre ele. Isso representa uma grande melhoria em comparação com os dispositivos anteriores, que exigiam que a luz incidisse em ângulos muito amplos, nos quais a absorção e a eficiência da radiação diminuíam em comparação com a incidência normal.

Além disso, o efeito de “ligar e desligar” dos dispositivos anteriores era altamente variável, e a memória era perdida quando a energia era removida, limitando a reconfiguração.

“Nosso objetivo final é desenvolver dispositivos compactos que possam controlar ativamente a radiação térmica, assim como os circuitos eletrônicos controlam o fluxo de eletricidade,” disse o professor Koichi Okamoto. “Dispositivos desse tipo poderão ser usados em sensores infravermelhos mais inteligentes, sistemas de energia mais eficientes e novos tipos de memória fotônica, que armazenem informações usando luz e calor, em vez de cargas elétricas.”