تم كسر قانون الفيزياء لبرمجة موجات الحرارة

لفترة طويلة، بدا قانون كيرشوف للإشعاع الحراري مصونًا. تنص على أن قدرة السطح على امتصاص الحرارة بزاوية معينة وعند طول موجي معين يجب أن تكون مساوية تمامًا لقدرته على بعث الحرارة في نفس الظروف. هذا المبدأ يجعل إدارة الحرارة مهمة شاقة. ولكن يبدو الآن أن الفيزيائيين وجدوا طريقة للالتفاف حول هذا الحظر الأساسي. اقترح فريق دولي من الباحثين نموذجًا نظريًا لجهاز قادر على فصل امتصاص الحرارة عن الإشعاع. يعتمد الابتكار على التحكم في الضوء باستخدام المجال المغناطيسي. ونشرت مقالة عن هذا الاكتشاف في المجلة الليزر والضوئيات مراجعةق.

شبكة ميتا الذكية

يوضح الفيزيائي شونسوكي موراي من جامعة أوساكا (اليابان): “لقد جعلنا الإشعاع الحراري يتصرف بشكل أكثر ذكاءً”. “إن تنفيذ هذه القدرات في نموذج عمل سيمكن من إنشاء جيل جديد من بواعث الأشعة تحت الحمراء الفعالة والأجهزة الحرارية وأجهزة الاستشعار وتقنيات الذاكرة الضوئية.”

أطلق العلماء على الجهاز التخيلي اسم الشبكة الفوقية. السمة الرئيسية لها هي الجمع بين مادتين خاصتين. الأول عبارة عن مادة مغناطيسية بصرية تغير سلوكها في امتصاص الحرارة عندما تتعرض لمجال مغناطيسي. والثاني عبارة عن مادة متغيرة الطور تعمل كنوع من بنك الذاكرة. إنه قادر على التبديل بين المراحل غير المتبلورة والبلورية، على غرار ما يحدث في الأقراص الضوئية القابلة لإعادة الكتابة. تم اقتراح سبيكة من الجرمانيوم والأنتيمون والتيلوريوم Ge₂Sb₂Te₅ كعنصر “ذاكرة” – وهو نفس العنصر المستخدم في الأقراص المضغوطة وأقراص DVD.

تم تصميم الأخاديد الصغيرة المحسوبة بعناية على سطح الشبكة لالتقاط الضوء الوارد وتوجيهه. ومن خلال ضبط زاوية سقوط الضوء، وقوة المجال المغناطيسي والأبعاد الفيزيائية للشبكة، تمكن الباحثون من “برمجة” سلوكها بحيث تتلقى الشبكة الحرارة دون إعادتها إليها..

آفاق الافتتاح

في الوقت الحالي، يعد العمل نظريًا بحتًا – حيث يتم تأكيد جميع الاستنتاجات من خلال الحسابات الدقيقة والنمذجة الحاسوبية، ولكن لم يتم إنشاء نموذج أولي مادي بعد. ويخطط الباحثون للمرحلة التالية، وهي إنتاج عينة عمل.

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

إذا أكدت التجربة الحسابات، فستحصل البشرية على أداة جديدة تماما لإدارة الحرارة، والتي يمكن مقارنتها من حيث الأهمية بالانتقال من الأنابيب المفرغة إلى أشباه الموصلات.