在大多數材料中，熱能的吸收方式與輻射方式是密不可分的。如果一個表面能有效率地從特定方向或特定波長吸收熱能，它也會以相同的方式輻射熱能。這個長期以來確立的原理，稱為互易性，使得科學家難以獨立控制熱能進入和離開材料的方式。
然而，如果這兩種過程能夠分離，工程師就能更精確地導引熱能。一種材料可以從一個方向吸收熱能，同時從另一個方向釋放，這可能改善熱能管理、能量轉換、紅外線感測和熱能通訊技術。
為了克服這個限制，由大阪都會大學工程學研究生院的 Koichi Okamoto 教授和 Shunsuke Murai 博士領導的國際團隊，開發了一種使用磁光材料的新型裝置。這些材料在暴露於磁場時會改變與光的互動方式，從而有可能改變其熱行為。
研究人員將磁光材料與一種稱為 GST 的相變材料配對。由此產生的裝置可以控制熱輻射的方向，開啟或關閉該行為，甚至在電源關閉後仍能保留其配置。實際上，這使得熱能的程式化方式類似於電腦晶片內部儲存和控制資料的方式。
「我們讓熱輻射的行為變得更『聰明』了，」Murai 博士解釋道。「在工作模型中實現這些功能，可以實現新一代高效紅外線發射器、熱能裝置、感測器和光子記憶體技術。」
比早期設計更好的性能
研究團隊發現，即使光線幾乎是直射，該裝置的反應也會因光線到達的方向而異。早期的技術通常需要光線以非常陡峭的角度照射材料才能達到類似效果，與垂直入射相比，這降低了吸收和輻射效率。
新設計還解決了先前系統的其他缺點。早期的裝置在「開啟」和「關閉」狀態之間的切換不穩定，並且一旦斷電就會失去儲存的配置。相比之下，新材料可以可靠地切換狀態，同時保留其記憶，使其對未來的應用更加實用。
研究人員認為這項技術是邁向能夠以電子電路控制電力的相同精確度來管理熱能的裝置的重要一步。
「我們的最終目標是開發能夠主動控制熱輻射的緊湊型裝置，就像電子電路控制電流一樣，」Okamoto 教授說。「這樣的裝置可以用於更智慧的紅外線感測器、更高效的能源系統，以及使用光和熱而不是電荷來儲存資訊的新型光子記憶體。」
