Normalement, un matériau absorbe et émet de la chaleur de manière liée : une surface qui absorbe bien la chaleur à une certaine longueur d’onde et direction l’émettra également de la même manière. Cette relation fondamentale, connue sous le nom de réciprocité, limite notre capacité à contrôler indépendamment l’absorption et l’émission de chaleur.
Mais si l’absorption et l’émission pouvaient être séparées, les ingénieurs pourraient concevoir des dispositifs qui absorbent la chaleur d’une direction tout en l’émettant dans une autre. En « dirigeant » l’énergie thermique, ils pourraient créer des technologies de gestion thermique, de conversion d’énergie, de détection infrarouge et de communication thermique plus efficaces.
Pour créer un matériau qui se comporte différemment pour le rayonnement entrant et sortant, une équipe internationale de recherche dirigée par le professeur Koichi Okamoto et le Dr. Shunsuke Murai de l’École supérieure d’ingénierie de l’Université métropolitaine d’Osaka s’est tournée vers les matériaux magnéto-optiques. Dans ces matériaux, l’interaction avec la lumière peut être modifiée à l’aide d’un champ magnétique.
En combinant un matériau magnéto-optique avec un matériau à changement de phase spécial appelé GST, l’équipe a créé un dispositif qui peut non seulement contrôler la direction du rayonnement thermique, mais aussi activer et désactiver cet effet et conserver son état même lorsque l’alimentation est coupée, permettant de programmer la chaleur comme des données dans une puce électronique.
« Nous avons fait en sorte que le rayonnement thermique se comporte de manière plus intelligente », a expliqué le Dr Murai. « Atteindre ces capacités dans un modèle fonctionnel pourrait permettre une nouvelle génération d’émetteurs infrarouges efficaces, de dispositifs thermoénergétiques, de capteurs et de technologies de mémoire photonique. »
Ils ont constaté que leur dispositif présentait des réponses différentes selon la direction de la lumière, même lorsque la lumière arrivait presque en incidence normale. Cela marque une énorme amélioration par rapport aux dispositifs précédents qui nécessitaient que la lumière arrive sous des angles très grands, où les efficacités d’absorption et de rayonnement diminuaient par rapport à l’incidence normale. De plus, l’effet « marche/arrêt » des dispositifs précédents était très variable, et la mémoire était perdue lorsque l’alimentation était coupée, limitant la reconfiguration.
« Notre objectif ultime est de développer des dispositifs compacts capables de contrôler activement le rayonnement thermique, un peu comme les circuits électroniques contrôlent le flux d’électricité », a déclaré le professeur Okamoto. « Ces dispositifs pourraient être utilisés dans des capteurs infrarouges plus intelligents, des systèmes énergétiques plus efficaces et de nouveaux types de mémoire photonique qui stockent des informations en utilisant la lumière et la chaleur au lieu de charges électriques. »
Article : Reconfigurable Giant Nonreciprocity at Near‐Normal Incidence via Phase‐Change Magneto‐Optical Metagratings – Méthode : Computational simulation/modeling – DOI : Lien vers l’étude
Source : OMU
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