Credit: College of Engineering, Carnegie Mellon University

Introduzione

I metamateriali, che sono progettati per avere proprietà che non si trovano in natura, sono stati a lungo sviluppati e studiati per le loro caratteristiche uniche e per le entusiasmanti possibili applicazioni. Tuttavia, la fisica dietro le loro proprietà di emissione termica è rimasta poco chiara ai ricercatori – fino ad ora.

Una nuova legge di scala

In un articolo pubblicato su  Physical Review Letters, Sheng Shen, professore associato nel dipartimento di ingegneria meccanica di Carnegie Mellon, e la studentessa Jiayu Li, candidata al Ph.D, hanno creato una nuova legge per descrivere l’emissione termica da metasuperfici e metamateriali. 

Con questa nuova legge di scala, che svela la fisica sottostante alla base del comportamento collettivo di emissione termica dei metamateriali, i ricercatori potrebbero facilmente utilizzare gli strumenti di progettazione e ottimizzazione esistenti per ottenere le proprietà di emissione termica desiderate dai metamateriali, invece di cercare ciecamente la soluzione migliore attraverso la mappatura dell’intero progetto spazio“, ha detto Li.

Emissione termica

L’emissione termica si riferisce al tipo di luce emessa da un materiale. Ad esempio, gli esseri umani emettono  luce infrarossa, mentre il metallo caldo incandescente emette luce visibile. In generale, l’emissione termica dipende dalla temperatura e dalla composizione di un oggetto. Le metasuperfici, tuttavia, si discostano dalla nostra comprensione classica dell’emissione termica a causa della loro struttura unica in scala sub-lunghezza d’onda.

L’impatto della nuova legge di Shen e Li si vedrà in molti campi, tra cui ingegneria elettrica, optoelettronica, scienza dei materiali e ingegneria termica. Le applicazioni dei metamateriali includono la raccolta di energia solare, i filtri ottici e il camuffamento termico.

Alla CMU, stiamo applicando questa nuova legge di scala per progettare nuovi dispositivi a infrarossi termici basati su metamateriale per una varietà di applicazioni tra cui controllo della firma a infrarossi, rilevamento a infrarossi, gestione termica e conversione di energia termica“, ha detto Shen.

L’articolo, intitolato “Scale Law of Far-Field Thermal Radiation from Plasmonic Metasurfaces” è stato pubblicato su  Physical Review Letters nel marzo 2020. Ph.D. il candidato Bowen Yu era un autore aggiuntivo. 

Citazioni e Approfondimenti