Emissione del corpo nero e fattore di vista. (a) Spettri di radiazione del corpo nero a temperatura ambiente (curva rossa) e alla temperatura dell'azoto liquido (curva blu). La barra rosso chiaro indica l'intervallo di lunghezze d'onda rilevante per questo lavoro (9–11 µm). (b) Mentre un campione emetterà sempre energia termica in modo omogeneo all'interno dell'angolo solido di una semisfera, la quantità di radiazione calda e fredda incidente determinerà la distribuzione della temperatura sul campione. Sintonizzando il fattore di vista della radiazione calda e fredda sull'angolo solido, il profilo di temperatura può essere manipolato. Il campione è ad una temperatura T S ed emette radiazione con intensità I S . Le sezioni calde dell'ambiente ad angolo solido emettono con intensità I h e la sezione fredda con I C .
Tutti sanno cosa vuol dire essere fuori in una fredda notte d'inverno senza nuvole quando il cielo è costellato di stelle. All'aperto, il freddo è fin troppo acuto. Ma in una foresta, sotto la copertura protettiva degli alberi, lo è meno. La ragione di questa differenza è la radiazione termica, che viene emesso dal corpo e, a seconda della natura dell'ambiente circostante, può essere sostituito da una minore quantità di radiazioni emanate dall'ambiente. Con una temperatura di -270 gradi Celsius, l'universo è molto più freddo dei nostri immediati dintorni, e quindi non emette quasi nessuna radiazione termica. Gruppi di ricerca in tutto il mondo hanno recentemente iniziato a esplorare nuovi metodi per raffreddare gli edifici e gli indumenti, anche in pieno giorno, aumentando il tasso di scambio termico con l'universo, senza la necessità di un ulteriore consumo di energia. Però, le potenziali applicazioni di questi metodi per scopi tecnologici o sperimentali, su piccola scala, sono state finora raramente studiate.
I ricercatori guidati dal professor Jochen Feldmann del Nano-Institute della LMU sono ora riusciti a generare un gradiente di freddo in un campione sperimentale mediante un controllo mirato e senza contatto della distribuzione della radiazione termica. "Fare così, abbiamo simulato l'effetto dell'universo remoto con l'aiuto di un lontano criostato, "dice Nicola Kerschbaumer, un dottorato di ricerca studente nel team di Feldmann e primo autore dello studio. Un criostato può essere pensato come una sorta di unità di raffreddamento progettata per raggiungere e mantenere temperature estremamente basse. Con l'ausilio di uno speciale assetto ottico e di una disposizione di specchi ellittici, il team è stato in grado di raccogliere la radiazione termica a onde lunghe emessa dal campione (che inizialmente è a temperatura ambiente), e focalizzarlo su una piastra posta al centro del criostato. In questo modo, sono riusciti a creare una sorta di strada a senso unico per le radiazioni emesse, che ha determinato l'effettivo raffreddamento del campione. In una prima domanda, questo metodo di raffreddamento senza contatto si è dimostrato particolarmente efficace per il cosiddetto superraffreddamento dei liquidi.
I ricercatori ritengono che il loro nuovo metodo contactless, che utilizza il "raffreddamento radiativo" per generare un gradiente freddo in un campione, troverà molte applicazioni. Secondo Privatdozent Theobald Lohmüller, Leader del gruppo di biofotonica nel Nano-Institute e coautore dello studio, di particolare interesse saranno le manipolazioni termiche senza contatto di campioni biologici.
Lo studio è pubblicato su Rapporti scientifici .
