Metamateriali, che sono progettati per avere proprietà che non si trovano in natura, sono stati a lungo sviluppati e studiati per le loro caratteristiche uniche e applicazioni entusiasmanti. Però, la fisica dietro le loro proprietà di emissione termica è rimasta poco chiara ai ricercatori, fino ad ora.

In un articolo pubblicato su Lettere di revisione fisica , Sheng Shen, professore associato nel dipartimento di ingegneria meccanica della Carnegie Mellon, e il suo allievo Jiayu Li, un dottorato di ricerca candidato, hanno creato una nuova legge di scala per descrivere l'emissione termica da metasuperfici e metamateriali.

"Con questa nuova legge di scala che svela la fisica sottostante al comportamento di emissione termica collettiva dei metamateriali, i ricercatori potrebbero facilmente utilizzare gli strumenti di progettazione e ottimizzazione esistenti per ottenere le proprietà di emissione termica desiderate dai metamateriali, invece di cercare alla cieca la soluzione migliore attraverso la mappatura dell'intero spazio di progettazione, " disse Li.

L'emissione termica si riferisce al tipo di luce emessa da un materiale. Per esempio, gli esseri umani emettono luce infrarossa, mentre il metallo incandescente emette luce visibile. Generalmente, l'emissione termica dipende dalla temperatura e dalla composizione di un oggetto. metasuperfici, però, divergono dalla nostra comprensione classica dell'emissione termica a causa della loro struttura unica a scala di lunghezze d'onda inferiori.

L'impatto della nuova legge sulla scala di Shen e Li si vedrà in molti campi, compresa l'ingegneria elettrica, optoelettronica, scienza dei materiali, e ingegneria termica. Le applicazioni dei metamateriali includono la raccolta di energia solare, filtri ottici, e camuffamento termico.

"Alla CMU, stiamo applicando questa nuova legge di scala per progettare nuovi dispositivi a infrarossi termici basati su metamateriali per una varietà di applicazioni tra cui il controllo della firma a infrarossi, rilevamento a infrarossi, gestione termica, e conversione di energia termica, "Ha detto Shen.

La carta, intitolato "Legge di scala della radiazione termica di campo lontano da metasuperfici plasmoniche, " è stato pubblicato in Lettere di revisione fisica nel marzo 2020. Ph.D. il candidato Bowen Yu era un autore aggiuntivo.