Pesquisadores do Japão desenvolvem sistema capaz de contornar a lei de Kirchhoff para gerar calor programável

Pesquisadores do Japão desenvolveram um sistema capaz de gerar calor programável, propondo uma estrutura que altera a relação convencional entre a absorção e a emissão térmica. O estudo, realizado em colaboração com a Universidade Metropolitana de Osaka e publicado na revista Laser & Photonics Reviews, apresenta a possibilidade de contornar a lei de Kirchhoff, princípio da radiação térmica estabelecido há aproximadamente 160 anos.

A lei de Kirchhoff determina que qualquer material que absorva energia em um comprimento de onda e ângulo específicos deve, obrigatoriamente, emitir essa energia sob condições equivalentes. Essa reciprocidade tem limitado a criação de dispositivos de gestão térmica seletiva. A nova proposta visa romper essa barreira utilizando campos magnéticos, materiais especiais e estruturas microscópicas para direcionar a interação com a luz.

O funcionamento do metagrating

O dispositivo, denominado metagrating (ou metarrete), utiliza um material magnetoóptico que reage a campos magnéticos, integrado a um material de mudança de fase que atua como memória. A estrutura conta com componentes microscópicos organizados para capturar e manipular a radiação infravermelha com precisão superior aos sistemas atuais.

Para a manutenção da configuração, foi utilizada a liga de germânio, antimônio e telúrio (Ge2Sb2Te5). Esse composto, já empregado em CDs e DVDs regráveis, alterna entre os estados amorfo (desordenado) e cristalino (organizado). Essa característica permite que o sistema memorize seu estado mesmo sem alimentação elétrica, fator essencial para o avanço de tecnologias fotônicas.

Controle de radiação e aplicações

Cálculos teóricos indicam que a absorção térmica pode ser programada através de três variáveis:

• Dimensões físicas da estrutura;
• Intensidade do campo magnético;
• Ângulo de incidência da luz.

Essa configuração possibilita um controle ajustável sobre diferentes comprimentos de onda, sem a necessidade de gerar uma emissão recíproca idêntica, tornando o comportamento da radiação térmica mais inteligente.

A possibilidade de ativar, desativar e memorizar o comportamento térmico pode viabilizar a criação de sensores avançados, sistemas de energia, emissores infravermelhos mais eficientes e memórias fotônicas, que armazenariam dados via luz e calor, substituindo a dependência exclusiva de cargas elétricas. O objetivo é a criação de dispositivos compactos que controlem a radiação térmica de maneira análoga ao controle de eletricidade em circuitos eletrônicos.

Perspectivas de desenvolvimento

Atualmente, a descoberta baseia-se em simulações matemáticas e modelos teóricos, não havendo ainda um dispositivo físico. O foco do estudo concentrou-se prioritariamente na absorção, com abordagem limitada sobre a emissão. A próxima etapa da pesquisa consiste na fabricação de um protótipo para validar se o comportamento real corresponde aos cálculos, visando a implementação de tecnologias térmicas programáveis em escala de chip.