Japón ha diseñado un sistema capaz de crear calor programable mediante una estructura que altera la relación habitual entre absorción y emisión térmica. El modelo, desarrollado con participación de la Universidad Metropolitana de Osaka y publicado en la revista científica Laser & Photonics Reviews, plantea una vía para sortear la reciprocidad establecida por la ley de Kirchhoff hace aproximadamente 160 años. Aunque todavía se trata de una propuesta teórica, sus autores creen que podría cambiar la forma de controlar la radiación infrarroja. La ley de Kirchhoff de la radiación térmica establece que un material capaz de absorber energía en un determinado ángulo y longitud de onda debe emitirla en condiciones equivalentes. Esta correspondencia ha limitado durante décadas el desarrollo de dispositivos que gestionen el calor de forma selectiva. El nuevo trabajo propone romper esa reciprocidad mediante materiales especiales, campos magnéticos y estructuras microscópicas capaces de dirigir la interacción con la luz. El dispositivo ideado por los investigadores recibe el nombre de metagrating o metarrejilla. Su diseño incorpora un material magnetoóptico, cuyo comportamiento cambia al aplicarle un campo magnético, y un material de cambio de fase que funciona como una memoria. A ello se añaden pequeñas crestas cuidadosamente distribuidas, concebidas para capturar, conducir y manipular la radiación incidente con una precisión superior a la ofrecida por sistemas anteriores. Una memoria para controlar el calor La pieza encargada de conservar la configuración es una aleación de germanio, antimonio y telurio denominada Ge2Sb2Te5. Este compuesto puede alternar entre un estado amorfo, caracterizado por una estructura desordenada, y otro cristalino, mucho más organizado. El material también se ha utilizado en CD y DVD regrabables, pero aquí permitiría que el sistema recordase su estado incluso después de apagar la alimentación, una propiedad especialmente relevante para futuras tecnologías fotónicas. Los cálculos indican que la absorción térmica podría programarse modificando el ángulo de incidencia de la luz, la intensidad del campo magnético y las dimensiones físicas de la rejilla. De esta forma, el dispositivo ofrecería un control ajustable sobre distintas longitudes de onda sin generar necesariamente una emisión recíproca idéntica. “Hemos conseguido que la radiación térmica se comporte de una forma más inteligente”, afirmó Shunsuke Murai, físico de la Universidad Metropolitana de Osaka. Aplicaciones en sensores y energía La capacidad de activar, desactivar y memorizar el comportamiento térmico abre la puerta a emisores infrarrojos más eficientes, sensores avanzados, sistemas energéticos y memorias fotónicas. Estas últimas almacenarían información mediante luz y calor, en lugar de depender únicamente de cargas eléctricas. “Nuestro objetivo final es desarrollar dispositivos compactos que puedan controlar activamente la radiación térmica, de forma similar a como los circuitos electrónicos controlan el flujo de electricidad”, explicó el físico Koichi Okamoto. TE PUEDE INTERESAR El avance, sin embargo, todavía no ha dado lugar a un dispositivo físico. Los resultados proceden de modelos teóricos y simulaciones matemáticas, por lo que el siguiente paso será fabricar un prototipo y comprobar si responde como indican los cálculos. Además, el estudio se concentra principalmente en la absorción, mientras que la emisión se aborda de manera más limitada. Pese a esas cautelas, el trabajo establece un marco para controlar el calor a escala de chip y desarrollar una nueva generación de tecnologías térmicas programables. Japón ha diseñado un sistema capaz de crear calor programable mediante una estructura que altera la relación habitual entre absorción y emisión térmica. El modelo, desarrollado con participación de la Universidad Metropolitana de Osaka y publicado en la revista científica Laser & Photonics Reviews, plantea una vía para sortear la reciprocidad establecida por la ley de Kirchhoff hace aproximadamente 160 años. Aunque todavía se trata de una propuesta teórica, sus autores creen que podría cambiar la forma de controlar la radiación infrarroja.