Este é o material "super-planckiano", com sua estranha emissão de luz, que não se encaixa em nenhuma teoria.
[Imagem: RPI]
Radiação de corpo negro
Desde o final do século 19, os cientistas entendem que, quando aquecidos, todos os materiais emitem luz em um espectro de comprimentos de onda previsível.
Pode ser luz infravermelha, luz visível ou qualquer outra, mas sempre "luz" no sentido de uma radiação que segue um comportamento sistemático ao longo de um espectro bem conhecido.
Mas será que pode existir um outro tipo de luz no Universo?
Shawn Yu Lin e seus colegas do Instituto Politécnico Rensselaer, nos EUA, acreditam ter em mãos a prova de uma resposta positiva a essa questão.
Lin criou um material que, quando aquecido, emite luz que excede os limites estabelecidos por essa lei natural, conhecida hoje como Lei de Planck.
Radiação super-planckiana
Em 1900, o físico alemão Max Planck descreveu matematicamente o padrão de radiação que conhecemos e lançou a "era quântica" com a suposição de que a energia só pode existir em valores discretos, ou quanta. De acordo com a Lei de Planck, nada pode emitir mais radiação do que um objeto hipotético que absorva energia perfeitamente, o chamado "corpo negro".
Mas parece que essa lei precisará ser flexibilizada.
O novo material emite uma luz coerente semelhante à produzida por lasers ou LEDs, mas sem nada da estrutura necessária para produzir a emissão estimulada dessas tecnologias. A luz emitida apresenta um pico em cerca de 1,7 micrômetro, que é a porção chamada infravermelha próxima do espectro eletromagnético.
A equipe chama o fenômeno de "radiação super-planckiana".
[Imagem: M. Krol/UW Physics]
"Ela não viola a lei de Planck. É uma nova maneira de gerar emissão termal, um novo princípio subjacente. Esse material, e o método que ele representa, abre um novo caminho para a fabricação de emissores de infravermelho ajustáveis superintensos para aplicações eficientes em energia e termofotovoltaica," disse Lin.
Feito de tungstênio, o material é um cristal fotônico tridimensional - um material que pode controlar as propriedades de um fóton. Ele tem seis camadas, montadas de forma que uma fique deslocada em relação à anterior, em uma configuração semelhante a um cristal de diamante, e recoberto com uma cavidade óptica que refina ainda mais a luz.
O cristal fotônico reduz o espectro de luz que é emitido pelo material para um intervalo de cerca de 1 micrômetro. A cavidade continua a espremer a energia em um intervalo de aproximadamente 0,07 micrômetro.
Falta teoria, sobram aplicações
"Experimentalmente, isso é muito sólido e, como experimentalista, eu fico com os meus dados. De uma perspectiva teórica, ninguém ainda tem uma teoria para explicar completamente minha descoberta," disse Lin.
Embora a teoria para explicar o efeito ainda tenha que ser desenvolvida, Lin levanta a hipótese de que os deslocamentos entre as camadas do cristal fotônico permitem que a luz surja de dentro dos muitos espaços vazios dentro do cristal. A luz emitida salta para frente e para trás dentro dos limites da estrutura cristalina - como em um laser - o que altera as propriedades da luz à medida que ela viaja para a superfície para encontrar a cavidade óptica.
No lado prático, o pesquisador acredita que o novo material terá aplicações na coleta de energia, rastreamento e identificação de objetos em infravermelho e fontes ópticas de alta eficiência no infravermelho, espectroscopia ambiental, atmosférica e química e em física óptica como um emissor térmico semelhante ao laser.
Bibliografia:
Artigo: An In-situ and Direct Confirmation of Super-Planckian Thermal Radiation Emitted From a Metallic Photonic-Crystal at Optical Wavelength
Autores: Shawn-Yu Lin, Mei-Li Hsieh, Sajeev John, B. Frey, James A. Bur, Ting-Shan Luk, Xuanjie Wang, Shankar Narayanan
Revista: Nature Scientific Reports
Vol.: 10, Article number: 5209
DOI: 10.1038/s41598-020-62063-2
FONTE: SITE INOVAÇÃO TECNOLOGICA
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