مادة ذكية جديدة يمكنها التحكم في الحرارة مثل شريحة الكمبيوتر

ابتكر العلماء مادة قابلة للبرمجة تمنح المهندسين تحكمًا غير مسبوق في الحرارة، مع تطبيقات محتملة تتراوح من أنظمة الطاقة إلى الجيل التالي من الذاكرة الضوئية.

الحرارة عادة ما تتبع قواعد صارمة. المادة التي تمتص الحرارة بكفاءة من اتجاه معين وطول موجي معين سوف تنبعث منها أيضًا الحرارة بنفس الطريقة. هذا المبدأ الأساسي، المعروف باسم المعاملة بالمثل، منع العلماء لفترة طويلة من التحكم بشكل مستقل في كيفية امتصاص الحرارة وإطلاقها.

قد يؤدي كسر هذا الارتباط إلى فتح فئة جديدة تمامًا من التقنيات. إذا تمكنت المواد من امتصاص الحرارة من اتجاه واحد وإصدارها في اتجاه آخر، فسيتمكن المهندسون من توجيه الطاقة الحرارية بدقة غير مسبوقة، مما يؤدي إلى تقدم في الإدارة الحرارية، وتحويل الطاقة، والاستشعار بالأشعة تحت الحمراء، والاتصالات الحرارية.

يمكن للمواد الذكية توجيه وتخزين الحرارة

ولجعل ذلك ممكنًا، تحول فريق بحث دولي بقيادة البروفيسور كويتشي أوكاموتو والدكتور شونسوكي موراي من كلية الدراسات العليا للهندسة بجامعة أوساكا متروبوليتان إلى المواد المغناطيسية الضوئية. تغير هذه المواد طريقة تفاعلها مع الضوء عند تعرضها لمجال مغناطيسي.

قام الباحثون بربط مادة مغناطيسية بصرية مع مادة متغيرة الطور تعرف باسم GST لإنشاء جهاز يمكنه التحكم في اتجاه الإشعاع الحراري. يمكن للجهاز أيضًا تشغيل هذا السلوك أو إيقافه والاحتفاظ بحالته المحددة حتى بعد إزالة الطاقة، مما يسمح ببرمجة الحرارة مثل البيانات المخزنة في شريحة دقيقة.

وأوضح الدكتور موراي قائلاً: “لقد جعلنا الإشعاع الحراري يتصرف بطريقة “أكثر ذكاءً”. “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.”

تحسين كبير على التصاميم السابقة

وأظهرت الاختبارات أن الجهاز استجاب بشكل مختلف اعتمادًا على اتجاه الضوء الوارد، حتى عندما ضربه الضوء بشكل مباشر تقريبًا. يمثل هذا تقدمًا كبيرًا مقارنة بالتصميمات السابقة، والتي لم تنجح إلا عندما وصل الضوء إلى زوايا شديدة الانحدار، حيث أصبح امتصاص الحرارة وانبعاث الحرارة أقل كفاءة بكثير.

كما حل النظام الجديد قيدًا رئيسيًا آخر. أنتجت الأجهزة السابقة سلوك تحويل غير متناسق وفقدت حالتها المبرمجة بمجرد انقطاع الطاقة، مما يجعل من الصعب إعادة تكوينها. وعلى النقيض من ذلك، يوفر الجهاز الجديد تحويلاً أكثر موثوقية مع الحفاظ على حالته المخزنة بدون طاقة مستمرة.

نحو الأجهزة الحرارية القابلة للبرمجة

ويتصور الباحثون مستقبلًا حيث يمكن التعامل مع الحرارة بنفس المستوى من الدقة الذي تستخدمه الإلكترونيات للتحكم في الكهرباء.

وقال البروفيسور أوكاموتو: “هدفنا النهائي هو تطوير أجهزة مدمجة يمكنها التحكم بفعالية في الإشعاع الحراري، مثلما تتحكم الدوائر الإلكترونية في تدفق الكهرباء”. “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.”

المرجع: “عدم التبادلية العملاقة القابلة لإعادة التشكيل عند حدوث شبه طبيعي عبر التحولات المغناطيسية الضوئية ذات الطور المتغير” بقلم يي مينغ تشينغ، ويي شين، وجون وو، وشونسوكي موراي، وزهاوغانغ دونغ، وكويتشي أوكاموتو، 25 يونيو 2026، مراجعات الليزر والضوئيات.
دوى: 10.1002/lpor.71438

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.