ყოველდღიურ ცხოვრებაში სითბო ბუნებრივი მოვლენაა — ყავა გრილდება, ლეპტოპი მუშაობისას ცხელდება, მზე კი დედამიწის ზედაპირს ათბობს. თუმცა, როდესაც საქმე ადამიანის თმის ღერზე ბევრად მცირე მანძილებს ეხება, ფიზიკის კანონები მოულოდნელ სახეს იღებს. კარნეგი მელონის, სტენფორდისა და პერდიუს უნივერსიტეტების მკვლევრებმა ნანომასშტაბში სითბოს მართვის ინოვაციური მეთოდი შეიმუშავეს.

კვლევა, რომელიც ჟურნალ Nature-ში გამოქვეყნდა, ფოკუსირებულია ფენომენზე, რომელსაც „ახლო ველის რადიაციული სითბოს გადაცემა“ ეწოდება. როდესაც ორი ობიექტი ერთმანეთისგან რამდენიმე ასეული ნანომეტრით არის დაშორებული, სითბო მათ შორის გაცილებით ეფექტურად მოძრაობს, ვიდრე ჩვეულებრივ პირობებში. თერმული ენერგია უბრალოდ გარეთ კი არ ასხივებს, არამედ ელექტრომაგნიტური ტალღების საშუალებით ვიწრო უფსკრულს „გვირაბით“ კვეთს.

მეტამასალების როლი სითბოს მართვაში

მეცნიერებმა ამ ეფექტის გასაძლიერებლად მეტამასალები გამოიყენეს. ეს არის ხელოვნურად შექმნილი სტრუქტურები, რომლებიც შედგება მიკროსკოპული, განმეორებადი ნიმუშებისგან და ენერგიასთან ურთიერთქმედების უნიკალური უნარი აქვთ.

კარნეგი მელონის უნივერსიტეტის პროფესორის, შენგ შენის თქმით, მათ თხელ მემბრანებზე ოქროს მიკროსტრუქტურები განათავსეს და ერთმანეთის პირისპირ, ნანომეტრული დისტანციით დააყენეს. შედეგად, სითბოს გადაცემის სიჩქარე ოთხჯერ გაიზარდა იმ სისტემებთან შედარებით, რომლებსაც მსგავსი სტრუქტურა არ გააჩნდათ.

როგორ მუშაობს ეს ეფექტი?

მკვლევართა განმარტებით, გაძლიერება მხოლოდ დამატებითი გზების შექმნით არ აიხსნება. ოქროს სტრუქტურები მასალაში არსებულ ბუნებრივ ენერგეტიკულ ტალღებს, ე.წ. ზედაპირულ ფონონ პოლარიტონებს უკავშირდება და რეზონანსულ ეფექტს ქმნის. ეს თანამშრომლობა საშუალებას აძლევს ენერგიას, უფსკრულში უფრო თავისუფლად და ეფექტურად გადაადგილდეს.

ეს აღმოჩენა პრაქტიკულ გამოყენებას ელექტრონიკასა და ენერგეტიკაში ჰპოვებს. ელექტრონული მოწყობილობების შემცირებასთან ერთად, ზედმეტი სითბოს მოცილება კრიტიკულ გამოწვევად რჩება. ახალი მეთოდი შესაძლოა გახდეს კომპიუტერული ჩიპების გაგრილების ახალი სტანდარტი.

ასევე, ტექნოლოგია გააუმჯობესებს თერმოფოტოელექტრულ სისტემებს, რომლებიც სითბოს ელექტროენერგიად გარდაქმნიან. ინფრაწითელი სენსორების სფეროში კი ეს ნიშნავს უფრო ზუსტ და მძლავრ თერმულ სიგნალებს, რაც სასარგებლოა როგორც გარემოს მონიტორინგისთვის, ისე ეროვნული უსაფრთხოებისთვის.

მიუხედავად იმისა, რომ ექსპერიმენტები ლაბორატორიულ პირობებში ჩატარდა, ეს ნაბიჯი თეორიული გათვლებიდან რეალურ დემონსტრირებამდე უმნიშვნელოვანესია. როგორც პროფესორი შენგ შენი აღნიშნავს, თუ სითბოს მართვა ისეთივე სიზუსტით გახდება შესაძლებელი, როგორც ელექტროენერგიის ან სინათლის, ეს ტექნოლოგიების ახალ კლასს დააფუძნებს.