NUPeko ikertzaile batzuek igorpen termikoaren mugak zabaltzen dituen artikulu bat argitaratu dute “Nature Communications” nazioarteko aldizkari ospetsuan
Lanak oinarri teorikoak finkatzen ditu denboraren bidez modulatutako materialetan igorpen termikoaren tratamendu zorrotza egiteko: igorpen termikoaren mugak gorputz beltzetik haratago hedatzen ditu, eta eremua aplikazio teknologiko berrietara irekitzen
Iñigo Liberal eta J. Enrique Vázquez-Lozano Nafarroako Unibertsitate Publikoko (NUP) ikertzaileek denborazko metamaterialen goritasunari buruzko lan teoriko bat argitaratu dute “Nature Communications” nazioarteko aldizkari diziplinarteko ospetsuenean. Lanak igorpen termikoaren prozesuak ikuspegi erabat berritzaile eta disruptibo baten bidez kontrolatzeko aukera aztertzen du: propietateak denboran zehar aldatzen dituzten materialen erabilera.
Ikertzaileek azaldu duten bezala, tradizionalki, eta oinarrizko ikuspuntu batetik, igorpen termikoaren fenomenoa gorputz beltz batek igortzen duen erradiazioarekin lotua egon da, hau da, ezer islatzen ez duen eta erradiazio osoa xurgatzen duen objektu batek igortzen duenarekin. Plancken legeak ezartzen duen bezala, igorpen hori gorputzaren tenperaturaren araberakoa baino ez da, eta “intrintsekoki inkoherentea da, estokastikoa, norabide orotakoa, banda-zabalera handikoa eta polarizatu gabea”.
Kirchhoffen erradiazioaren legearen oinarrizko printzipioaren arabera, zenbait lan teoriko zein esperimentalek erakutsi dute badela igorpen termikoko prozesuak nanoegitura fotonikoak erabiliz kontrolatzeko modurik. Materialak egoki aukeratuz eta eskala nanometrikoko egituren formarekin, tamainarekin eta orientazioarekin asmatuz konfigurazio egokiak diseinatzeak aukera eman du erradiazio termikoaren ezaugarriak kontrolatzeko, hala nola koherentzia, direktibitatea, polarizazioa eta banda-zabalera. Hala ere, modulazio geometrikoan oinarritutako ikuspegi horren arabera, gorputz beltza funtsezko muga gaindiezina da.
Oinarri orokor horren gainean, lanaren helburua, hain zuzen ere, denbora bera diseinurako beste tresna bat bezala erabiltzea da, eta, hala, haren ondorio nagusiak zein diren eta zenbait erabileratarako zer potentzial duen aztertzea. Zentzu horretan, frogatu da paradigma aldatzeak eta materialen propietateak denbora erabiliz modulatzeak, hau da, denborazko metamaterialetan oinarritutako ingeniaritza batera igarotzeak aukera ematen duela gorputz beltzaren muga fisikoak gainditzeko.
Ezagutzaren mugak zabaltzen dituzten aurkikuntzak
Ingeniaritza termikoak inpaktu teknologiko handia du, eta eragin zuzena du beste arlo batzuetan, hala nola elektronikan edo fotonikan. Bereziki, igorle termiko efizienteen garapena eta optimizazioa funtsezkoa da energia berriztagarrietarako, hala nola erradiazio bidezko hozterako eta sistema termofotovoltaikoetarako, bai eta sentsoreekin, komunikazioekin eta irudi eta kamuflaje termikoko sistemekin lotutako erabileretarako ere. “Aurkikuntza horiek, igorle termiko konbentzionalen prestazioak hobetzen laguntzeaz gain, mugak zabaltzen dituzte, eta teknologia berrietarako bideak irekitzen, makina termikoetarako edo erradiazio bidezko hozkailuetarako bidea, kasu”, adierazi dute artikuluaren egileek.
“Lanak galdera berriak ere proposatzen ditu oinarrizko ikuspuntu batetik”, erantsi dute ikertzaileek. “Alde batetik, badirudi korronte termikoek, oro har, ez dutela inongo loturarik beren artean. Hala ere, material baten propietateak denboraren bidez modulatzeak korrelazio garrantzitsuak sortzen ditu espazioan eta frekuentzian”, azaldu dute. Adierazi dutenez, “horrek nolabait esan nahi du denbora bidezko modulazioak aukera ematen duela elkarrengandik oso urrun dauden prozesuak konektatzeko. Oraindik aztertzeko dago igorpena nabarmen hobetzeaz gain zer beste ondorio izan ditzakeen. Azkenik, ohiko igorpen termikoa formalismo erdi klasikoen bidez deskriba daiteke; ordea, denborazko metamaterialek elektrodinamika kuantiko makroskopikoan oinarritutako trataera behar dute. Hutsune kuantikoaren anplifikazioa ohiko igorpen termikoari gainjartzeak aukera ematen du erradiazio termikoaren arloan teknologia kuantikoak garatzeko eta ezartzeko”, adierazi dute. “Oraindik aztertu gabeko erronka zientifiko-tekniko zirraragarria da ulertzea igorpen termikoko prozesuen eta hutsetik fotoiak kuantikoki erauzteko mekanismoen arteko batasunaren arrazoi fisikoak eta norainokoa den batasun hori”, ondorioztatu dute.
Iñigo Liberalen eta J. Enrique Vázquez-Lozanoren CV laburra
Iñigo Liberal (Iruñea, 1985) Telekomunikazioko ingeniaria (2009) eta arlo horretako doktorea (2013) da Nafarroako Unibertsitate Publikoan. Gaur egun, Ramón y Cajal Programako ikertzailea da NUPen. 2020an European Research Council (ERC) erakundearen “Starting Grant” laguntza jaso zuen, Europar Batasunean prestigio zientifiko handieneko laguntza bat.
J. Enrique Vázquez-Lozano (Huelva, 1989) fisikaria da (Sevillako Unibertsitatea, 2012), Fisika eta Matematikako masterduna (Granadako Unibertsitatea, 2014) eta Telekomunikazioko Ingeniaritzako doktorea (Valentziako Unibertsitate Politeknikoa, 2021). Gaur egun, doktoretza ondoko ikertzailea da NUPen, Juan de la Cierva prestakuntzako kontratu batekin.
Biak Nafarroako Unibertsitate Publikoko (NUP) Ingeniaritza Elektriko eta Elektronikoaren eta Komunikazio Ingeniaritzaren Sailari atxikiak daude, eta Iñigo Liberal buru duen “Near-Zero-Index NAnophotonic TECHnologies” (NZINATECH) proiektu europarrean egiten dute lan.