Neues Material macht Wärme programmierbar

Wärme verhält sich in den meisten Materialien wie ein Echo: Was ein Gegenstand an Wärme aufnimmt, gibt er auch in die gleiche Richtung wieder ab. Dieses Prinzip, Fachleute nennen es Reziprozität, macht es extrem schwer, Wärmestrahlung gezielt zu lenken. Ein Team um Professor Koichi Okamoto und Dr. Shunsuke Murai von der Osaka Metropolitan University hat nun ein Material entwickelt, das diese Regel durchbricht.

Die Forscher kombinierten zwei spezielle Stoffe: einen magneto-optischen Werkstoff, der sein Verhalten unter Magnetfeld ändert, und ein Phasenwechsel-Material namens GST. GST ist bekannt aus wiederbeschreibbaren DVDs – es kann zwischen zwei Zuständen hin- und herspringen und sich den Zustand merken, auch ohne Strom. Das neue Gerät kann dadurch Wärmestrahlung nicht nur in eine bestimmte Richtung lenken, sondern auch zwischen „an“ und „aus“ schalten und die Einstellung speichern.

„Wir haben Wärmestrahlung dazu gebracht, sich ‚intelligenter‘ zu verhalten“, erklärt Dr. Murai. Frühere Ansätze benötigten extrem flache Einstrahlwinkel, um ähnliche Effekte zu erzielen – das neue Material funktioniert bereits bei fast senkrechtem Lichteinfall. Zudem schalteten frühere Systeme unzuverlässig und vergaßen ihre Einstellung nach dem Ausschalten. Das neue Design löst beide Probleme.

Die Forscher sehen darin einen wichtigen Schritt zu Geräten, die Wärme so präzise steuern wie elektronische Schaltkreise den Strom. „Unser Ziel sind kompakte Bauteile, die Wärmestrahlung aktiv kontrollieren“, sagt Professor Okamoto. Denkbar sind effizientere Infrarot-Sensoren, bessere Energie-Systeme und neuartige Speicher, die Informationen mit Licht und Wärme statt mit elektrischen Ladungen speichern. Die Studie wurde im Fachjournal „Laser & Photonics Reviews“ veröffentlicht.