پژوهشگران با توسعه یک ماده هوشمند و قابل برنامهریزی گام مهمی در کنترل دقیق گرما برداشتهاند، دستاوردی که میتواند مسیر توسعه سامانههای پیشرفته مدیریت انرژی، حسگرهای مادون قرمز و نسل جدید حافظههای فوتونیکی را هموار کند.
به گزارش ساینس دیلی، گرما در شرایط عادی از قوانین بنیادی فیزیک پیروی میکند. بر اساس اصلی موسوم به تقارن یا بازگشتپذیری (Reciprocity) هر مادهای که بتواند گرما را از یک جهت و در یک طول موج مشخص بهخوبی جذب کند همان گرما را با همان ویژگیها و در همان جهت نیز تابش میکند. این قانون تاکنون مانع از آن شده بود که دانشمندان بتوانند فرآیند جذب و گسیل گرما را بهطور مستقل از یکدیگر کنترل کنند.
دانشمندان معتقدند اگر این وابستگی شکسته شود امکان هدایت و مدیریت انرژی گرمایی با دقتی بیسابقه فراهم خواهد شد. این قابلیت میتواند تحول بزرگی در فناوریهای مدیریت حرارتی، تبدیل انرژی، حسگرهای مادون قرمز و حتی سامانههای ارتباطی مبتنی بر گرما ایجاد کند. در همین راستا یک گروه پژوهشی بینالمللی به سرپرستی کوایچی اوکاموتو و شونسوکه مورای موفق به طراحی مادهای شدند که میتواند رفتار گرما را همانند دادههای یک تراشه رایانهای برنامهریزی کند.
پژوهشگران برای دستیابی به این هدف از مواد مگنتواپتیکی (Magneto-optical Materials) استفاده کردند، موادی که هنگام قرار گرفتن در میدان مغناطیسی نحوه برهمکنش آنها با نور تغییر میکند. این ویژگی امکان کنترل جهت انتشار تابش گرمایی را فراهم میسازد.
در این فناوری ماده مگنتواپتیکی با یک ماده تغییر فاز (Phase Change Material) موسوم به GST ترکیب شده است. این ترکیب به دستگاه اجازه میدهد جهت انتشار گرما را تغییر دهد این عملکرد را روشن یا خاموش کند و حتی وضعیت انتخابشده را پس از قطع برق نیز حفظ کند. به بیان دیگر گرما در این سامانه میتواند مانند اطلاعات ذخیرهشده در یک تراشه حافظه، برنامهریزی و نگهداری شود، ویژگیای که مصرف انرژی را نیز کاهش میدهد.
شونسوکه مورای درباره این دستاورد گفت: ما توانستیم تابش گرمایی را به شکلی هوشمند کنترل کنیم. دستیابی به چنین قابلیتی در یک نمونه عملی میتواند زمینهساز نسل جدیدی از گسیلکنندههای مادون قرمز، تجهیزات تبدیل انرژی، حسگرهای حرارتی و فناوریهای حافظه فوتونیکی باشد.
آزمایشهای انجامشده نشان داد این دستگاه حتی زمانی که نور تقریبا بهصورت عمود به سطح آن برخورد میکند نیز نسبت به جهت تابش واکنش متفاوتی نشان میدهد. این ویژگی پیشرفت مهمی نسبت به طراحیهای پیشین محسوب میشود، زیرا فناوریهای قبلی تنها زمانی عملکرد مناسبی داشتند که نور با زاویههای بسیار مایل به سطح برخورد میکرد، شرایطی که بازده جذب و انتشار گرما را بهشدت کاهش میداد.
پژوهشگران همچنین موفق شدند یکی دیگر از محدودیتهای اصلی فناوریهای پیشین را برطرف کنند. در نمونههای قدیمی فرآیند تغییر وضعیت ناپایدار بود و با قطع جریان برق حالت ذخیرهشده از بین میرفت اما سامانه جدید علاوه بر ارائه عملکردی پایدارتر در تغییر وضعیت قادر است حالت برنامهریزیشده را بدون نیاز به تامین مداوم انرژی حفظ کند.
به گفته محققان هدف نهایی این پروژه توسعه دستگاههای فشردهای است که بتوانند گرما را با همان دقتی کنترل کنند که مدارهای الکترونیکی جریان برق را مدیریت میکنند.
کوایچی اوکاموتو در این باره گفت: هدف نهایی ما ساخت دستگاههای کوچکی است که بتوانند تابش گرمایی را بهصورت فعال کنترل کنند؛ همانگونه که مدارهای الکترونیکی جریان الکتریسیته را هدایت میکنند. چنین فناوریهایی میتوانند در توسعه حسگرهای مادون قرمز هوشمند، سامانههای انرژی با بازده بالاتر و نسل جدید حافظههای فوتونیکی که اطلاعات را با استفاده از نور و گرما بهجای بار الکتریکی ذخیره میکنند نقش کلیدی ایفا کنند.
این دستاورد میتواند چشمانداز تازهای برای توسعه تجهیزات حرارتی قابل برنامهریزی ایجاد کند، تجهیزاتی که در آینده قادر خواهند بود جریان گرما را با دقت بالا هدایت، ذخیره و مدیریت کنند و کاربردهای گستردهای در صنایع الکترونیک، انرژی، مخابرات نوری و فناوریهای نوین محاسباتی داشته باشند.
انتهای پیام/