Rompere le regole delle radiazioni termiche può rendere migliori celle solari

I ricercatori hanno infranto una legge di fisica secolare, con noi su un percorso per produrre migliori attrezzature per il taglio dell’energia come le celle solari.

Linxiao Zhu La State University in Pennsylvania vuole infrangere la legge sulle radiazioni termiche di Kirchoff per quasi un decennio. Risalente al 1800, questa legge decide che gli oggetti emettono come radiazioni termiche – o calore – mentre assorbono. Appartiene alle leggi più fondamentali della fisica che controllano il calore e l’energia: le regole della termodinamica. Ciò ostacola qualsiasi dispositivo che assorbe la luce e recentemente i ricercatori hanno pensato che tali ostacoli non fossero parasicali.

“In un libro di testo generale, leggerai che la regola della radiazione termica è incondizionatamente vera ed è essenziale per un’altra regola della termodinamica. Ma in realtà non lo è”, afferma Zhu.

Abbiamo visto una precedente violazione di questa legge, ma solo per una stretta gamma di lunghezze d’onda di radiazioni o colori. Zhu e i suoi colleghi ora lo hanno rotto più drammaticamente che mai.

Per fare ciò hanno richiesto due cose: un materiale attentamente strutturato e un campo magnetico. Questo perché sia la composizione che il magnetismo influenzano ciò che è con particelle che producono radiazioni – come i fotoni che fanno luce – e una volta colpiti un materiale, trasportano energia.

I ricercatori hanno creato un semiconduttore a strati molto sottili da Indio, Gallio e Acenede e hanno direttamente diretto i loro atomi in una disposizione specifica. Lo tengono vicino a un forte elettromagnete e brillano le luci di diversi colori a diverse temperature, angoli e campi magnetici.

La composizione del materiale è combinata con una fornitura continua di forze magnetiche dal magnete, con conseguente differenza tra il materiale assorbito ed emesso dal materiale. La radiazione emessa era del 43 percento superiore alla quantità assorbita. Zhu afferma che si è verificato per più di un colore di luce, il che è benefico perché la luce che cade su dispositivi come le celle solari è di solito una miscela di colori.

Aaswath Raman All’Università della California, a Los Angeles, l’esperimento è un passo importante nel ribaltare un’idea che in precedenza era stata proposta nel calcolo solo nella realtà. Dice che esiste un’enorme “grande cosa” opposta nel mezzo di quanta radiazione viene assorbita e come emessa.

Il nuovo materiale può promuovere l’efficienza dei dispositivi che assorbono la luce o il calore, ma ci sono sfide per usarlo poiché il beneficio richiede magneti, che possono essere difficili da includere e compensare su una scala. Tuttavia, Raman afferma di essere ottimista perché ci sono nuovi materiali che si comportano effettivamente in modi magnetici, in realtà un magnete e può essere usato per affrontare il problema, senza essere posto accanto a nuovi trucchi elettromagnetici.