علماء يجدون طريقة للالتفاف حول قانون فيزيائي عمره 160 عامًا لإنتاج حرارة قابلة للبرمجة

هناك قوانين معينة في الفيزياء يجب أن تتبعها الحرارة.

يأخذ قانون كيرشوف للإشعاع الحراري، على سبيل المثال، الذي يطبق فكرة المعاملة بالمثل على الحرارة، وينص على أن قدرة السطح على امتصاص الحرارة بزاوية معينة وطول موجي معين يجب أن تتطابق أيضًا مع قدرته على إصدار الحرارة بنفس الزاوية والطول الموجي.

إنها قاعدة تجعل من الصعب التحكم في الطاقة الحرارية بطرق قد نرغب في ذلك، وعلى الرغم من أنه تم العثور على حلول بديلة من قبل، إلا أنها غير فعالة ومتقلبة.

وفي دراسة جديدة نشرت في مراجعات الليزر والضوئيات والتي قام بها فريق دولي من الباحثين، قد يكون لدينا طريقة لفصل الامتصاص والانبعاث لتحقيق حرارة قابلة للبرمجة.

إطار الحدود = “0” سماح = “مقياس التسارع؛ التشغيل التلقائي؛ الكتابة في الحافظة؛ الوسائط المشفرة؛ جيروسكوب؛ صورة داخل صورة؛ مشاركة الويب” Referrerpolicy=”strict-origin-when-cross-origin”allowfullscreen>

يعتمد الابتكار على معالجة الضوء باستخدام مجال مغناطيسي: وبالتالي يمكن التحكم في اتجاه انبعاث الحرارة، ويمكن تشغيل وإيقاف المعالجة، ويمكن للنظام حتى أن يتذكر حالته أثناء إيقاف تشغيله.

“لقد جعلنا الإشعاع الحراري يتصرف بطريقة أكثر ذكاءً” يقول الفيزيائي شونسوكي موراي، من جامعة أوساكا ميتروبوليتان في اليابان.

“إن تحقيق هذه القدرات في نموذج العمل يمكن أن يمكّن جيلًا جديدًا من بواعث الأشعة تحت الحمراء الفعالة وأجهزة الطاقة الحرارية وأجهزة الاستشعار وتقنيات الذاكرة الضوئية.”

الجهاز الذي تخيله الباحثون يسمى metagrating. فهو يجمع بين مادة مغناطيسية بصرية تعمل على ضبط سلوك الحرارة الممتصة عندما تصطدم بـ المجال المغنطيسي، ومادة متغيرة الطور تعمل كبنك للذاكرة.

إذا كنت من محبي الوسائط المادية، فقد تكون مهتمًا بمعرفة أن المادة المتغيرة الطور هنا – والتي يمكنها التبديل بين الحالات غير المتبلورة (المضطربة) والحالة البلورية (المنظمة) – هي جي₂⁢Sb₂⁢تي₅وهي سبيكة من الجرمانيوم والأنتيمون والتيلوريوم تستخدم أيضًا في الأقراص المضغوطة وأقراص DVD القابلة لإعادة الكتابة.

هذا “الصريف” مهم أيضًا. من شأن التلال الصغيرة المصممة بعناية أن تحبس الضوء الوارد وتوجهه، مما يجعلها أكثر قابلية للإدارة من الأنظمة السابقة، وأكثر قابلية للتطبيق كحل عملي.

ومن خلال ضبط زاوية الضوء، وقوة المجال المغناطيسي، والأبعاد الفيزيائية للشبكة، تمكن الباحثون من “برمجة” الشكل المطلوب سلوك امتصاص الحرارة – دون نفس الانبعاثات الحرارية المتبادلة.

“ببساطة عن طريق ضبط زاوية الحادث، يمكن ضبط الطول الموجي التشغيلي للممتص غير المتبادل بشكل مستمر عبر نطاق طيفي واسع.” يكتب الباحثين.

وتعني هذه المرونة والتنوع أن الجهاز القابل للبرمجة سيكون له نطاق واسع من التطبيقات المحتملة. هذا كله عبارة عن فيزياء ورياضيات نظرية في الوقت الحالي، على الرغم من أنه تم حسابه ونمذجته بشكل جيد، والمرحلة التالية هي بناء نموذج أولي فعليًا.

“يضع هذا العمل إطارًا ماديًا صارمًا للتحكم الحراري النشط غير المتبادل، مما يمهد الطريق للجيل التالي من الضوئيات الحرارية على نطاق الرقاقة.” يكتب الباحثون في ورقتهم المنشورة.

الدراسة المنشورة يصف فك الارتباط انبعاث الحرارة من امتصاص الحرارة باعتباره “حدودًا حرجة في الضوئيات الحرارية الحديثة”، على الرغم من أنه تجدر الإشارة إلى أن البحث ركز بشكل أساسي على الامتصاص – فقد تم افتراض جزء الانبعاث إلى حد كبير بدلاً من استكشافه بالتفصيل.

إن الحاجة إلى مجال مغناطيسي خارجي للتحكم في خصائص الجهاز ومادته تضيف بعض التجاعيد الإضافية أيضًا، على الرغم من عدم وجود سبب يجعل هذا يمثل حجر عثرة كبير أمام مزيد من التطوير.

هناك بالطبع عدد كبير من الأنظمة والتقنيات التي تستفيد من الضوء والحرارة والتلاعب بهم، ويمكن أن تكون هذه النتائج مفيدة في العديد منها. إنه تذكير آخر بأن قوانين الفيزياء موجودة هناك ليتم كسرها.

متعلق ب: اكتشاف استثناء مذهل لقانون الفيزياء البالغ عمره 200 عام

“هدفنا النهائي هو تطوير أجهزة مدمجة يمكنها التحكم بفعالية في الإشعاع الحراري، مثلما تتحكم الدوائر الإلكترونية في تدفق الكهرباء”. يقول الفيزيائي كويتشي أوكاموتو، من جامعة أوساكا متروبوليتان.

“يمكن استخدام مثل هذه الأجهزة في أجهزة استشعار الأشعة تحت الحمراء الأكثر ذكاءً، وأنظمة طاقة أكثر كفاءة، وأنواع جديدة من الذاكرة الضوئية التي تخزن المعلومات باستخدام الضوء والحرارة بدلاً من الشحنات الكهربائية.”

وقد تم نشر البحث في مراجعات الليزر والضوئيات.

تم التحقق من صحة هذه المقالة بواسطة مايكل ايرفينغ وتم تحريره بواسطة ريبيكا داير. وبينما نفخر بعمليتنا، فإننا بشر فقط. إذا لاحظت خطأً، يرجى اعلامنا.