Novo material desafia lei da física ao emitir mais calor do que absorve

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Pesquisadores desenvolveram um material capaz de alterar o equilíbrio entre absorção e emissão de calor – algo que parecia impossível. 

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Um artigo publicado na revista Physical Review Letters descreve como o metamaterial emite mais luz infravermelha do que retém, desafiando a chamada Lei de Kirchhoff, segundo a qual um objeto, sob certas condições, deve absorver e emitir energia térmica de forma igual.

Em resumo:

• Cientistas criaram um metamaterial que altera o equilíbrio entre absorção e emissão térmica;
• Experimentos anteriores obtiveram efeitos limitados com campos magnéticos extremamente fortes;
• A nova pesquisa usou camadas nanométricas e alcançou emissão não recíproca robusta;
• Descoberta pode inspirar tecnologias como diodos térmicos e conversão avançada de calor.

Metamaterial supera experimentos anteriores

Nos últimos anos, cientistas começaram a investigar formas de contornar esse princípio. Entender como controlar a absorção e emissão de calor é importante para áreas como energia solar e camuflagem térmica. Sendo possível manipular esses processos, novas tecnologias mais eficientes podem surgir.

Um experimento conduzido em 2023 usou o arsenieto de índio (InAs) e aplicou um campo magnético forte para tentar esse efeito. A equipe responsável conseguiu uma pequena quebra da reciprocidade, mas só em condições muito limitadas. A nova pesquisa, liderada por Zhenong Zhang, da Universidade Estadual da Pensilvânia, nos EUA, foi além.

A equipe criou um metamaterial com cinco camadas finíssimas (de apenas 440 nanômetros cada) de arsenieto de índio e gálio (InGaAs) dopado com elétrons. Essas camadas foram sobrepostas em um substrato de silício e estudadas com um equipamento especial que aqueceu o material a 540 Kelvin (cerca de 266°C) e aplicou um campo magnético de 5 tesla, cem mil vezes mais forte que o campo da Terra.

Em um resultado surpreendente, o material apresentou o dobro do efeito registrado antes, mantendo a emissão de calor não recíproca em vários ângulos e comprimentos de onda no infravermelho. Zhang afirmou que a equipe detectou uma “emissão não recíproca forte”, com valores muito acima dos já relatados na literatura científica.

Os pesquisadores acreditam que essa descoberta pode abrir caminho para novas tecnologias, como diodos e transistores térmicos, além de sistemas mais eficientes para conversão de calor em eletricidade e controle térmico avançado.

Leia mais:

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Tecnologia busca alcançar conforto térmico sugando a umidade do ar

O desconforto térmico em ambientes internos está não apenas à temperatura, mas também à umidade. Pensando nisso, pesquisadores criaram um material capaz de absorver vapor de água, reduzindo a necessidade de sistemas de ventilação que consomem muita energia.

Quando várias pessoas ficam juntas em espaços fechados e mal ventilados, a umidade liberada pela respiração e suor deixa o ambiente abafado. O material desenvolvido no Instituto Federal de Tecnologia de Zurique, na Suíça, retém a umidade, ajudando a melhorar o conforto sem depender tanto de ventilação artificial. Saiba mais aqui.