Le telecamere a infrarossi rilevano persone e altri oggetti in base al calore che emettono. Ora, i ricercatori hanno scoperto la straordinaria capacità di un materiale di nascondere un bersaglio mascherando le sue proprietà di calore rivelatore.

L'effetto funziona per una gamma di temperature che un giorno potrebbe includere esseri umani e veicoli, presentando una risorsa futura per le tecnologie stealth, dicono i ricercatori.

Ciò che rende speciale il materiale è la sua natura quantistica, proprietà inspiegabili dalla fisica classica. Lo studio, pubblicato oggi su Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , è un passo più vicino allo sbloccaggio del pieno potenziale del materiale quantistico.

Il lavoro è stato condotto da scienziati e ingegneri dell'Università del Wisconsin-Madison, Università di Harvard, Università di Purdue, il Massachusetts Institute of Technology e il Brookhaven National Laboratory.

Imbrogliare le telecamere a infrarossi non è una novità. Negli ultimi anni, i ricercatori hanno sviluppato altri materiali fatti di grafene e silicio nero che giocano con le radiazioni elettromagnetiche, nascondendo anche oggetti dalle telecamere.

Ma il modo in cui il materiale quantistico in questo studio inganna una telecamera a infrarossi è unico:disaccoppia la temperatura di un oggetto dalla sua radiazione di luce termica, il che è controintuitivo in base a ciò che si sa su come i materiali si comportano secondo le leggi fondamentali della fisica. Il disaccoppiamento consente di nascondere le informazioni sulla temperatura di un oggetto da una telecamera a infrarossi.

La scoperta non viola nessuna legge della fisica, ma suggerisce che queste leggi potrebbero essere più flessibili di quanto si pensi convenzionalmente.

I fenomeni quantistici tendono a riservare sorprese. Diverse proprietà del materiale, ossido di nichel samario, sono stati un mistero sin dalla sua scoperta alcuni decenni fa.

Shriram Ramanathan, un professore di ingegneria dei materiali alla Purdue, ha studiato l'ossido di nichel di samario negli ultimi 10 anni. All'inizio di quest'anno, Il laboratorio di Ramanathan ha scoperto che il materiale ha anche la capacità controintuitiva di essere un buon isolante della corrente elettrica in ambienti a basso contenuto di ossigeno, piuttosto che un conduttore instabile, quando l'ossigeno viene rimosso dalla sua struttura molecolare.

Inoltre, l'ossido di nichel samario è uno dei pochi materiali che possono passare da una fase isolante a una fase conduttiva ad alte temperature. Il ricercatore dell'Università del Wisconsin-Madison Mikhail Kats sospettava che i materiali con questa proprietà potessero essere in grado di disaccoppiare la temperatura e la radiazione termica.

"C'è la promessa di ingegnerizzare la radiazione termica per controllare il trasferimento di calore e rendere più facile o più difficile identificare e sondare gli oggetti tramite l'imaging a infrarossi, " ha detto Kats, professore associato di ingegneria elettrica e informatica.

Il laboratorio di Ramanathan ha creato pellicole di ossido di nichel samario su substrati di zaffiro da confrontare con i materiali di riferimento. Il gruppo di Kats ha misurato l'emissione spettroscopica e ha catturato immagini a infrarossi di ciascun materiale mentre veniva riscaldato e raffreddato. A differenza di altri materiali, l'ossido di nichel di samario appariva appena più caldo quando veniva riscaldato e manteneva questo effetto tra 105 e 135 gradi Celsius.

"Tipicamente, quando riscaldi o raffreddi un materiale, la resistenza elettrica cambia lentamente. Ma per l'ossido di nichel di samario, la resistenza cambia in modo non convenzionale da uno stato isolante a uno stato conduttivo, che mantiene le sue proprietà di emissione di luce termica quasi le stesse per un certo intervallo di temperatura, " disse Ramanathan.

Poiché l'emissione di luce termica non cambia al variare della temperatura, ciò significa che i due sono disaccoppiati su un intervallo di 30 gradi.

Secondo i Kat, questo studio apre la strada non solo a nascondere le informazioni dalle telecamere a infrarossi, ma anche per realizzare nuovi tipi di ottiche e persino per migliorare le stesse termocamere.

"Non vediamo l'ora di esplorare questo materiale e i relativi ossidi di nichel per componenti di termocamere a infrarossi come filtri sintonizzabili, limitatori ottici che proteggono i sensori, e nuovi rivelatori di luce sensibili, " ha detto Kats.