Laser & Photonics Reviews dergisinde yayınlanan çalışma, ısıyı yönlendirilebilir ve hafızalı hale getiren yeni bir malzeme ortaya koydu. Araştırma, manyetik alanla davranışı değişen InAs (indiyum arsenit) katmanı ile faz değiştirebilen GST (germanyum-antimon-tellür) malzemesinin bir araya getirildiği metayüzey (nanoyapılardan oluşan, ultra ince yüzey) yapısına dayanıyor. Araştırmacılar bu sistemle ısının bir yönden daha güçlü emilip başka bir yönde farklı biçimde yayılabileceğini gösterdi.
Normal şartlarda, malzeme ısıyı hangi yönden, hangi dalga boyunda iyi soğuruyorsa, aynı şekilde yayar. Bu durum, ısı yönetimini sınırlayan temel ilkelerden biri olarak kabul ediliyor. Araştırmacıların geliştirdiği yeni yapı ise bu bağı zayıflatarak ısının emilme ve yayılma davranışını değiştirmeyi amaçlıyor.
Sistemin merkezinde iki temel malzeme bulunuyor. İlki, manyetik alan altında ışık ve ısıyla etkileşimi değişen manyeto-optik InAs. İkincisi ise GST adı verilen faz değiştiren bir malzeme. GST, amorf ve kristal hall arasında geçiş yapabiliyor. Bu geçiş sayesinde sistemin optik özellikleri değişiyor ve malzeme belirli bir çalışma durumunu enerji kesilse bile koruyabiliyor.
Bu özellikleriyle malzeme, yalnızca ayarlanabilir değil, aynı zamanda hafızalı hale geliyor. Isı yayılımını bir bilgisayar çipindeki veri gibi belirli bir duruma alıp o şekilde tutabiliyor. Araştırmacılar bu işlevi “write-and-latch” yani “yaz ve kilitle” mantığına benzetiyor.
Daha önce güçlü ve yönlü ısı kontrolü için ışığın malzemeye çok eğik açılarla gelmesi gerekiyordu. Bu da verim kaybına yol açıyordu. Yeni tasarım ise neredeyse dik sayılabilecek bir geliş açısında yüksek yönlü emilim farkı oluşturabiliyor.
Isı da elektrik gibi yönetilebilecek
Araştırmacıların hesaplamalarına göre sistem, orta kızılötesi bölgede yaklaşık 13 mikrometre dalga boyunda yön farkı sağlıyor. Bu fark, bir yönden gelen ışık-ısı radyasyonunun güçlü biçimde emilirken ters yönden gelenin zayıf etkileşmesi anlamına geliyor. Böylece ısı akışı sıradan yüzeylere göre daha seçici şekilde kontrol edilebiliyor.
GST’nin faz değişimi ise sistemin açma-kapama mekanizması gibi çalışıyor. GST amorf (madde atomlarının düzensiz yapıdaki hali) haldeyken yönlü ısı kontrolü güçlü biçimde ortaya çıkıyor. Kristal hale geçtiğinde ise ışık manyeto-optik bölgeden uzaklaşıyor ve ek kayıplar oluşuyor. Sonucunda yönlü ısı kontrolü büyük ölçüde bastırılıyor. Yani malzeme, ısıyı yönlendiren açık durum ile bu etkiyi zayıflatan bir kapalı durum arasında geçiş yapabiliyor.
Gelişme, ısının da elektrik gibi daha hassas biçimde yönetilebileceği cihazlara giden yolda önemli bir adım olarak görülüyor. İleride bu teknolojinin akıllı kızılötesi sensörlerde, enerji sistemlerinde ve ışık-ısı temelli bellek teknolojilerinde kullanılabilir.
Kaynak: Laser & Photonics Reviews