Métamatériaux, qui sont conçus pour avoir des propriétés que l'on ne trouve pas dans la nature, ont longtemps été développés et étudiés en raison de leurs caractéristiques uniques et de leurs applications passionnantes. Cependant, la physique derrière leurs propriétés d'émission thermique est restée floue pour les chercheurs - jusqu'à maintenant.

Dans un article publié en Lettres d'examen physique , Sheng Shen, professeur agrégé au département de génie mécanique de Carnegie Mellon, et son élève Jiayu Li, un doctorat candidat, ont créé une nouvelle loi d'échelle pour décrire l'émission thermique des métasurfaces et des métamatériaux.

"Avec cette nouvelle loi d'échelle découvrant la physique sous-jacente du comportement d'émission thermique collective des métamatériaux, les chercheurs pourraient facilement utiliser les outils de conception et d'optimisation existants pour obtenir les propriétés d'émission thermique souhaitées à partir des métamatériaux, au lieu de chercher aveuglément la meilleure solution en cartographiant l'ensemble de l'espace de conception, " dit Li.

L'émission thermique fait référence au type de lumière qu'un matériau émet. Par exemple, les humains émettent de la lumière infrarouge, tandis que le métal chaud incandescent émet de la lumière visible. En général, l'émission thermique dépend de la température et de la composition d'un objet. Métasurfaces, cependant, s'écartent de notre compréhension classique de l'émission thermique en raison de leur structure d'échelle sous-longueur d'onde unique.

L'impact de la nouvelle loi d'échelle de Shen et Li sera visible dans de nombreux domaines, y compris l'électrotechnique, optoélectronique, la science des matériaux, et le génie thermique. Les applications des métamatériaux comprennent la récupération d'énergie solaire, filtres optiques, et le camouflage thermique.

« Au CMU, nous appliquons cette nouvelle loi d'échelle pour concevoir de nouveaux dispositifs infrarouges thermiques à base de métamatériaux pour une variété d'applications, y compris le contrôle de signature infrarouge, détection infrarouge, gestion de la chaleur, et la conversion d'énergie thermique, " dit Shen.

Le papier, intitulé "Loi d'échelle du rayonnement thermique en champ lointain des métasurfaces plasmoniques, " a été publié dans Lettres d'examen physique en mars 2020. Doctorat le candidat Bowen Yu était un auteur supplémentaire.