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Des chercheurs ont imaginé un matériau composite révolutionnaire. Permettant de contrôler l’émission du rayonnement thermique, il promet des dispositifs moins énergivores, ou capables de stocker des informations grâce à la chaleur plutôt que l’électricité.
Contourner la loi de Kirchhoff
Énoncée durant la seconde moitié du XIXe siècle, la règle de réciprocité de Kirchhoff postule que, dans des conditions normales, un matériau qui absorbe bien la chaleur selon un certain angle l’émet tout aussi efficacement dans la même direction. Récemment, des physiciens sont parvenus à contourner cette loi vieille de près de 160 ans grâce à un dispositif théorique capable d’orienter le rayonnement thermique dans différentes directions, y compris après sa mise hors tension.
Présenté dans les Laser & Photonics Reviews, il associe deux matériaux normalement incompatibles. À l’aide d’un champ magnétique, l’équipe a rompu la symétrie naturelle d’une couche d’arséniure d’indium, de sorte qu’il n’émette plus le rayonnement thermique (ou infrarouge) de la même manière qu’il le restitue.
Au-dessus de cette couche, on trouve un réseau constitué de germanium-antimoine-tellure (GST), une substance à changement de phase capable d’adopter deux arrangements physiques distincts et d’en conserver un jusqu’à ce qu’il soit délibérément modifié. Une fois le GST mis en place, il permet de verrouiller la variation de rayonnement décrite plus haut sans nécessiter d’alimentation continue, et donc de « programmer » le comportement de l’appareil.
« Il s’agit d’une percée significative, car jusqu’à présent, ce type de contrôle directionnel impliquait des angles remarquablement prononcés, réduisant leur potentiel pratique », commente Juejun Hu, du MIT. « Ici, nous avons un écart de seulement 3 degrés, permettant d’envisager son intégration dans des systèmes optiques bien réels. »
Mémoire thermique
Les auteurs de la nouvelle étude comparent leur conception à la mémoire d’un ordinateur, qui conserve des informations même après sa mise hors tension. « Dans ce cas, le GST conserve simplement sa structure amorphe ou cristalline, correspondant à la réponse programmée », détaille Hu.
La prochaine étape consistera à mettre au point un premier prototype, ce qui ne devrait pas poser de problème étant donné que les matériaux et méthodes envisagés sont largement utilisés et éprouvés.
« Il faudra une couche de GST suffisamment mince pour ne pas entraver des commutations répétées », estime le chercheur. « Une fois cet obstacle surmonté, sa première application concrète se résumera probablement à la détection infrarouge. »
Précédemment, des chercheurs avaient mis au point un matériau capable de stocker et de libérer l’énergie thermique résiduelle à la demande.