研究人员成功打破了基尔霍夫热辐射定律，通过新材料让热量的吸收和排放能够被独立操控，开启了热能管理的新时代。
长期以来，物理学界一直遵循着一条已有160年历史的准则，即基尔霍夫热辐射定律。这一定律指出，一个物体在特定角度和波长下吸收热量的能力，必须与其发射热量的能力相匹配。这种互惠性使得热能在很多时候难以被精准控制。然而，由大阪公立大学的研究人员领衔的一项国际研究，成功实现了热量吸收与发射的脱钩，为可编程热量的实现铺平了道路。
这项创新的核心在于利用磁场来操纵光。通过这种方式，热辐射的方向可以被控制，操纵过程可以随时开启或关闭，系统甚至在断电后还能记住之前的状态。大阪公立大学的物理学家Shunsuke Murai表示，他们让热辐射变得更加聪明了。这种能力的实现可能催生出新一代高效红外发射器、热能设备、传感器以及光子存储技术。
研究人员构想的这种设备被称为超光栅。它结合了两种关键材料：一种是磁光材料，能在磁场作用下调节热量行为；另一种是相变材料，充当存储库。有趣的是，这种相变材料是锗锑碲合金，它能在杂乱的非晶态和有序的晶态之间切换，这也是可擦写光盘中使用的技术。
超光栅上的微小脊线设计非常关键，它们能捕捉并引导入射光，使整个系统比以前的尝试更具可操作性和实用性。通过调整光线的角度、磁场的强度以及光栅的具体尺寸，研究人员可以为设备编写特定的热吸收行为，而无需产生与之相对应的发射。研究团队提到，只要简单调整入射角，非互惠吸收器的工作波长就可以在很宽的范围内进行调节。
尽管目前的成果主要基于严密的物理框架和数学模型，但下一步计划是制造出实际的样机。这项工作为主动非互惠热控制建立了物理基础，有望为芯片级的热光子学发展开辟道路。大阪公立大学的物理学家Koichi Okamoto指出，他们的终极目标是开发出像电路控制电流那样，能够主动控制热辐射的微型设备。
这种技术未来的应用前景非常广阔。它不仅可以用于制造更灵敏的红外传感器和更高效的能源系统，还能开发出利用光和热而非电荷来存储信息的新型光子存储器。虽然引入外部磁场来控制设备特性会增加一些复杂性，但这并不会成为未来发展的重大阻碍。这项研究再次提醒我们，物理定律并非一成不变，科学的进步往往源于对传统观念的挑战。