Metamateriais, que são projetados para ter propriedades não encontradas na natureza, têm sido desenvolvidos e estudados há muito tempo por causa de seus recursos exclusivos e aplicativos interessantes. Contudo, a física por trás de suas propriedades de emissão térmica permaneceu obscura para os pesquisadores - até agora.

Em um artigo publicado em Cartas de revisão física , Sheng Shen, um professor associado no departamento de engenharia mecânica da Carnegie Mellon, e seu aluno Jiayu Li, um Ph.D. candidato, criaram uma nova lei de escala para descrever a emissão térmica de metassuperfícies e metamateriais.

"Com esta nova lei de escala descobrindo a física subjacente por trás do comportamento de emissão térmica coletiva de metamateriais, pesquisadores poderiam facilmente utilizar ferramentas de design e otimização existentes para alcançar as propriedades de emissão térmica desejadas de metamateriais, em vez de procurar cegamente a melhor solução por meio do mapeamento de todo o espaço de design, "Li disse.

A emissão térmica refere-se ao tipo de luz que um material emite. Por exemplo, humanos emitem luz infravermelha, enquanto o metal quente incandescente emite luz visível. Em geral, a emissão térmica depende da temperatura e da composição de um objeto. Metasurfaces, Contudo, divergem de nosso entendimento clássico de emissão térmica por causa de sua estrutura única em escala de subcomprimento de onda.

O impacto da nova lei de escala de Shen e Li será visto em muitos campos, incluindo engenharia elétrica, optoeletrônica, Ciência de materiais, e engenharia térmica. Aplicações de metamateriais incluem coleta de energia solar, filtros ópticos, e camuflagem térmica.

"Na CMU, estamos aplicando esta nova lei de escala para projetar novos dispositivos infravermelhos térmicos baseados em metamateriais para uma variedade de aplicações, incluindo controle de assinatura infravermelha, detecção infravermelha, gerenciamento termal, e conversão de energia térmica, "Shen disse.

O papel, intitulado "Lei de escala da radiação térmica de campo distante de metassuperfícies plasmônicas, "foi publicado em Cartas de revisão física em março de 2020. Ph.D. o candidato Bowen Yu foi um autor adicional.