ماده‌ای که در حین گرم شدن سرد به نظر می‌رسد

محققان به تازه‌گی ماده‌ای را کشف کرده‌اند که می‌تواند دوربین فروسرخ را فریب داده و در عین حال که گرم است طیف حرارتی مواد سرد را داشته باشد.

همان‌طور که در کتاب‌های درسی فیزیک توضیح داده شده، هر چه جسمی گرم‌تر شود، نور بیشتری از خود گسیل می‌کند. سربازان بر مبنای همین اصل می‌توانند با استفاده از نور فروسرخ دشمنان را حتی در تاریکی مطلق نیز شناسایی کنند. محققان به تازه‌گی ماده‌ای را کشف کرده‌اند که رفتار ترمودینامیکی عجیبی از خود نشان می‌دهد. این ماده در عین حالی که گرم می‌شود طوری به نظر می‌رسد که گویا در حال سردشدن است. این ماده به دلیل تعامل غیرمعمولی که با نور فروسرخ دارد می‌تواند پوشش مقاومی در برابر دوربین‌های حساس به حرارت باشد و همچنین در بهینه‌کردن ابزارهای سرمایشی و گرمایشی به کار برده شود. نتایج این یافته‌ها در تاریخ 21 اُکتبر در Physical Review X منتشر شد.

اما دانشمندان در تلاش‌اند موادی را طراحی کنند که با گرم‌ شدن، نور بیشتری از خود گسیل نکنند. آنها برای دست‌یابی به این هدف سعی دارند موادی را بیابند که در دمای مشخصی تعامل خود با نور و الکتریسته را تغییر می‌دهند. ترکیب دی‌اکسیدِوانادیوم چنین گذاری را در حدود دمای 70 درجه سلسیوس از خود نشان می‌دهد، به طوری که به طور ناگهانی از حالت عایق به رسانا تغییر حالت می‌دهد.

 

میکائیل کتس(Mikhail Kats) ، دانشجوی کارشناسی ارشد در دانشگاه هاروارد، رفتار دی‌اکسیدوانادیوم با نور را در دماهای بالای دمای گذار بررسی کرده است. کتس و همکارانش به این منظور لایه باریکی از دی‌اکسید وانادیوم به ضخامت 150 نانومتر را بر روی لایه‌ای از یاقوت کبود لایه نشانی کردند.

 

آنها سپس نمونه دی‌اکسیدوانادیوم-یاقوت کبود را حرارت داده و با استفاده از دوربین فروسرخ مشخص کردند که چه مقدار نور فروسرخ با گرم شدن نمونه از آن گسیل می‌شود. آنها دریافتند که با گرم شدن نمونه از 60 درجه سلسیوس تا 74 درجه سلسیوس، رنگ نمونه به تدریج از آبی به قرمز تغییر می‌کند. اما ناگهان اتفاق عجیبی می‌افتد: با افزایش دمای نمونه تا 100 درجه سانتی‌گراد، نمونه نور آبی از خود ساطع کرده و در همان وضعیت باقی می‌ماند.

 

کتس می‌گوید «به نظر ما این واقعا پدیده جالب توجهی است». او می‌افزاید «شما جسمی دارید که در 90 درجه سلسیوس دقیقا مانند دمای 50 درجه سلسیوس به نظر می‌رسد».

 

کتس و همکارانش بر این باورند که چون این ماده به طور موثری دما را پنهان می‌کنند، از این رو به سربازان و هواپیماهای نظامی این امکان راخواهد داد تا از شناسایی شدن توسط حسگرهای حرارتی مصون بمانند. چنین ماده‌ای همچنین می‌تواند به دستگاه‌های تولیدکننده گرما این امکان را دهد تا با گسیل تابش کمتر در شرایط سرد و تابش بیشتر در شرایط گرم در دمای ثابتی باقی بمانند. کتس می‌گوید چنین فن‌آوری می‌تواند انرژی را در ماهواره‌های فضایی که دمایشان را تنها از طریق جذب و گسیل نور کنترل می‌کنند، ذخیره کند.

 

محققان همچنین در تلاش‌اند تا بفهمند چگونه دی‌اکسید وانادیوم با گرم شدن ساختار درونی‌اش را از نو می‌چیند تا برهم‌کنش غیرطبیعی با نور و الکتریسته داشته باشد. کتس و همکارانش امیدوارند با فهم ثابت ساختار ریز دی‌اکسید وانادیوم بتوانند چگونگی کنترل تابش توسط این ماده را دریابند.

 

دنیل وِسِرمن (Daniel Wasserman) مهندس برق در دانشگاه الینویس نیز که این موضوع برایش بسیار جالب است می‌گوید «این مقاله می‌تواند دریچه‌ای را به فیزیک بسیار جالبی بگشاید.»