Pada sebagian besar bahan, cara panas diserap dan cara pelepasannya tidak dapat dipisahkan. Jika suatu permukaan secara efisien menyerap panas dari arah atau panjang gelombang tertentu, permukaan tersebut juga memancarkan panas dengan cara yang sama. Prinsip yang telah lama ada ini, yang dikenal sebagai timbal balik, menyulitkan para ilmuwan untuk mengontrol secara independen bagaimana energi panas masuk dan keluar suatu material.
Namun, jika kedua proses ini dapat dipisahkan, para insinyur dapat mengarahkan panas dengan lebih tepat. Suatu material dapat menyerap energi panas dalam satu arah dan melepaskannya ke arah lain, sehingga berpotensi meningkatkan manajemen termal, konversi energi, penginderaan inframerah, dan teknologi komunikasi termal.
Bahan yang mampu mengendalikan panas
Untuk mengatasi keterbatasan ini, tim internasional yang dipimpin oleh Profesor Koichi Okamoto dan Dr. Shunsuke Murai dari Sekolah Pascasarjana Teknik di Universitas Metropolitan Osaka mengembangkan perangkat jenis baru menggunakan bahan magneto-optik. Bahan-bahan ini mengubah cara mereka berinteraksi dengan cahaya ketika terkena medan magnet, sehingga perilaku termalnya berubah.
Para peneliti menggabungkan bahan magneto-optik dengan bahan perubahan fasa yang disebut GST. Perangkat yang dihasilkan dapat mengontrol arah radiasi panas, mengaktifkan atau menonaktifkan perilaku ini, dan mempertahankan konfigurasinya bahkan setelah listrik dimatikan. Akibatnya, hal ini memungkinkan panas untuk diprogram dengan cara yang menyerupai cara data disimpan dan dikontrol di dalam chip komputer.
“Kami membuat radiasi termal berperilaku lebih cerdas,” jelas Dr. Murai. “Mewujudkan kemampuan ini dalam model kerja dapat memungkinkan generasi baru pemancar inframerah yang efisien, perangkat energi panas, sensor, dan teknologi memori fotonik.”
Performa lebih baik dari desain sebelumnya
Tim menemukan bahwa perangkat tersebut bereaksi berbeda-beda tergantung dari arah datangnya cahaya, bahkan ketika cahaya mengenainya hampir secara langsung. Teknologi sebelumnya biasanya memerlukan cahaya untuk menyinari material pada sudut yang sangat curam untuk mencapai efek serupa, sehingga mengurangi penyerapan dan efektivitas radiasi dibandingkan dengan kejadian normal.
Desain baru ini juga mengatasi kekurangan lain dari sistem sebelumnya. Perangkat sebelumnya menghasilkan peralihan yang tidak konsisten antara status “hidup” dan “mati”, dan kehilangan konfigurasi tersimpannya setelah daya dicabut. Sebaliknya, material baru ini dapat mengubah keadaan dengan andal sambil mempertahankan memorinya, sehingga lebih praktis untuk aplikasi di masa depan.
Menuju perangkat termal yang dapat diprogram
Para peneliti melihat teknologi ini sebagai langkah penting menuju perangkat yang dapat mengelola panas dengan tingkat presisi yang sama dengan yang digunakan sirkuit elektronik untuk mengendalikan listrik.
“Tujuan utama kami adalah mengembangkan perangkat kompak yang dapat secara aktif mengendalikan radiasi termal, seperti sirkuit elektronik yang mengendalikan aliran listrik,” kata Profesor Okamoto. “Perangkat tersebut dapat digunakan dalam sensor inframerah yang lebih cerdas, sistem energi yang lebih efisien, dan memori fotonik jenis baru yang menyimpan informasi menggunakan cahaya dan panas daripada muatan listrik.”
