صمم الباحثون مادة يمكنها “برمجة” الطريقة التي تطلق بها الحرارة، مما يمهد الطريق لأنظمة طاقة أكثر كفاءة، وربما أجهزة تخزن المعلومات باستخدام الحرارة بدلاً من الكهرباء.
التصميم، الموصوف في دراسة 25 يونيو في المجلة مراجعات الليزر والضوئيات، يتجنب قاعدة فيزيائية عمرها 160 عامًا تقريبًا تربط بين كيفية امتصاص المواد للحرارة وانبعاثها. في ظل الظروف العادية، فإن المادة الجيدة في امتصاص الحرارة من اتجاه واحد تكون جيدة بنفس القدر في انبعاث الحرارة في هذا الاتجاه. هذه قاعدة المعاملة بالمثل تم وصفه لأول مرة من قبل الفيزيائي غوستاف كيرشوف في القرن التاسع عشر، حدت من قدرة المهندسين على التحكم في الحرارة الواردة بشكل مستقل عن الحرارة الصادرة.
وفي الدراسة الجديدة، صمم الباحثون جهازًا نظريًا يمكنه توجيه الإشعاع الحراري في اتجاهات مختلفة وتأفاد هذا الإعداد حتى بعد انقطاع التيار الكهربائي.
يجمع الجهاز الجديد بين مادتين لا تعملان معًا بشكل طبيعي. وباستخدام المجال المغناطيسي، كسر الفريق التماثل الطبيعي في طبقة من زرنيخيد الإنديوم – وهي مادة تمتص وتبعث ضوء الأشعة تحت الحمراء – بحيث يتصرف الإشعاع المسافر في اتجاه واحد بشكل مختلف عن الإشعاع المسافر في الاتجاه الآخر.
وفوق تلك الطبقة توجد شبكة مصنوعة من الجرمانيوم والأنتيمون والتيلوريوم (GST) – وهي مادة متغيرة الطور يمكنها التبديل بين بنيتين فيزيائيتين مختلفتين والبقاء في أي هيكل تم ضبطه عليه حتى يتم تبديله عمدًا مرة أخرى. بمجرد ضبط GST في موضعه، فإنه يثبت اختلاف اتجاه الإشعاع في مكانه ويبقيه هناك دون الحاجة إلى طاقة مستمرة، وهو ما يتيح “برمجة” سلوك توجيه الحرارة للجهاز.
“لقد تأثرت بالمزيج الأنيق من عدم التبادلية المغناطيسية الضوئية مع مادة غير متطايرة متغيرة الطور” جوجون هو، أستاذ علوم وهندسة المواد في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا والذي لم يشارك في الدراسة، أخبر Live Science في رسالة بالبريد الإلكتروني.
وهذا أمر مهم لأن المحاولات السابقة لهذا النوع من التحكم الاتجاهي كانت تعمل عادةً فقط في الزوايا الحادة، مما جعلها غير عملية. وأوضح هو إنه “من الجدير بالملاحظة بشكل خاص” أن هذا الجهاز يعمل عندما يصل الإشعاع إلى 3 درجات فقط من خط مستقيم، مما يجعل من الأسهل بكثير ملاءمته للأنظمة البصرية في العالم الحقيقي.
وقارن الباحثون تصميمهم بذاكرة الكمبيوتر، حيث إنها تحافظ على حالتها المبرمجة بعد انقطاع التيار الكهربائي. ومع ذلك، فإن الجهاز يخزن حالة مادية بدلاً من الحرارة نفسها، كما أوضح هو لمجلة Live Science. يحتفظ GST ببساطة ببنيته غير المتبلورة أو البلورية بدون طاقة، مما يحافظ على الاستجابة المبرمجة.
في الوقت الحالي، الجهاز موجود فقط على الورق؛ لم يتم بناؤه أو اختباره. ومع ذلك، يعتقد هو أن هذا الأمر واقعي، لأنه يعتمد على مواد وأساليب تصنيع راسخة. ومع ذلك، فإن طبقة GST سميكة بدرجة كافية بحيث يكون من الصعب تبديلها ذهابًا وإيابًا بشكل متكرر، على الرغم من أن المواد الأخرى يمكن أن تحل هذه المشكلة. وبمجرد تجاوز هذه العقبة، يتوقع هو أن أول استخدام في العالم الحقيقي سيكون الاستشعار عن بعد بالأشعة تحت الحمراء، حيث يكون امتصاص الحرارة المدمج وانتقائي الاتجاه مفيدًا بشكل مباشر.
تشينغ، واي إم، شين، واي، وو، جيه، موراي، إس، دونغ، زي، وأوكاموتو، ك. (2026). عدم المعاملة بالمثل العملاقة القابلة لإعادة التشكيل عند حدوث شبه طبيعي من خلال التحولات المغناطيسية الضوئية ذات الطور المتغير. مراجعة الليزر والضوئيات. https://doi.org/10.1002/lpor.71438
