Khi nhiệt cũng có thể được "lập trình"
Điều gì sẽ xảy ra nếu có thể điều khiển nhiệt giống như cách điều khiển dòng điện? Các nhà khoa học đã tạo ra một vật liệu lập trình giúp chúng ta tiến tới mục tiêu đó.
Khác với dòng điện có thể được điều khiển bằng các linh kiện điện tử, nhiệt từ lâu vẫn được xem là dạng năng lượng rất khó kiểm soát.
Trong hầu hết vật liệu, cách nhiệt được hấp thụ cũng chính là cách nó được phát ra, khiến các nhà khoa học gần như không thể chủ động "định hướng" dòng nhiệt theo ý muốn.
Chính giới hạn này vừa được một nhóm nghiên cứu quốc tế do GS. Koichi Okamoto và TS. Shunsuke Murai thuộc Trường Cao học Kỹ thuật, Đại học Osaka Metropolitan (Nhật Bản) tìm cách vượt qua bằng một loại vật liệu mới có khả năng "lập trình" bức xạ nhiệt.
Thiết bị kết hợp hai loại vật liệu là vật liệu từ - quang và vật liệu chuyển pha (GST). Sự kết hợp này cho phép điều khiển hướng bức xạ nhiệt, chuyển đổi giữa các chế độ hoạt động và đặc biệt là vẫn giữ nguyên cấu hình ngay cả khi nguồn điện đã được ngắt.
Nói cách khác, nhóm đã tạo ra một vật liệu có thể "lập trình" cách nhiệt được phát ra và duy trì trạng thái đó, thay vì để nhiệt luôn tuân theo những quy luật cố định như trước.
Trước đây, các nhà khoa học gần như không thể tách riêng quá trình hấp thụ và bức xạ nhiệt. Một vật liệu hấp thụ nhiệt theo cách nào thì cũng sẽ phát nhiệt theo cách tương tự. Chính "rào cản" này khiến việc điều khiển nhiệt chính xác cho các hệ thống năng lượng, cảm biến hồng ngoại và nhiều thiết bị quang học luôn là bài toán khó.
Vật liệu mới đã vượt qua giới hạn đó. Trong các thử nghiệm, thiết bị phản ứng khác nhau tùy theo hướng ánh sáng chiếu tới, ngay cả khi ánh sáng gần vuông góc với bề mặt. Đây là ưu điểm đáng kể so với các thiết kế trước đây, vốn chỉ hoạt động hiệu quả khi ánh sáng chiếu ở góc rất lớn, làm giảm khả năng hấp thụ và phát xạ nhiệt.
Ngoài ra, theo nhóm nghiên cứu, vật liệu mới còn khắc phục được một hạn chế khác của các công nghệ trước đây là không thể duy trì trạng thái sau khi mất điện. Nhờ khả năng "ghi nhớ" cấu hình, thiết bị có thể hoạt động trở lại mà không cần thiết lập lại từ đầu, tạo tiền đề cho các hệ thống điều khiển nhiệt linh hoạt và ổn định hơn.
Không chỉ dừng ở việc tạo ra một vật liệu mới, nghiên cứu còn mở ra hướng phát triển cho thế hệ thiết bị quang - nhiệt thông minh, từ các bộ phát hồng ngoại, cảm biến đến bộ nhớ quang tử sử dụng ánh sáng và nhiệt để lưu trữ thông tin thay vì điện tích.
Xa hơn, các nhà khoa học hướng tới phát triển những thiết bị nhỏ gọn có thể điều khiển bức xạ nhiệt với độ chính xác tương tự cách các mạch điện điều khiển dòng điện. Nếu thành công, công nghệ này có thể tạo ra những hệ thống quản lý nhiệt hiệu quả hơn, đồng thời mở đường cho các thiết bị quang - điện tử và công nghệ lưu trữ dữ liệu thế hệ mới./.
