Pesquisadores da Universidade Estadual da Pensilvânia desenvolveram um metamaterial capaz de modificar o equilíbrio entre a absorção e a emissão de calor, contrariando a Lei de Kirchhoff, que estabelece que um corpo em equilíbrio térmico deve emitir e absorver energia na mesma medida.
Conforme publicado na revista Physical Review Letters, o estudo demonstra que esse novo material emite mais radiação infravermelha do que absorve, possibilitando avanços em tecnologias voltadas ao controle térmico e à conversão de energia. A estrutura do metamaterial é composta por cinco camadas extremamente finas de arsenieto de índio e gálio dopado, cada uma com cerca de 440 nanômetros de espessura, aplicadas sobre um substrato de silício.
Material que emite mais calor
Para avaliar sua performance, o material foi submetido a uma temperatura de 540 Kelvin (aproximadamente 266°C) e a um campo magnético de 5 tesla — valor cerca de cem mil vezes superior ao campo magnético terrestre. Nessas condições, o metamaterial exibiu uma emissão térmica não recíproca duas vezes maior do que a observada em experimentos anteriores, mantendo esse comportamento em diversos ângulos e faixas do espectro infravermelho.
Esse resultado representa um avanço significativo em relação a testes realizados em 2023, que também utilizaram arsenieto de índio sob fortes campos magnéticos, porém conseguiram apenas uma leve quebra da reciprocidade e apenas em situações bastante limitadas.
Equilíbrio na física
A emissão e a absorção de calor são processos fundamentais na transferência de energia térmica entre corpos e o ambiente. A emissão ocorre quando um objeto libera energia na forma de radiação infravermelha, um tipo de onda eletromagnética invisível ao olho humano, mas perceptível como calor. Quanto maior a temperatura do corpo, maior a intensidade dessa radiação emitida.
Por outro lado, a absorção acontece quando o objeto capta energia térmica do ambiente ou de outros corpos ao seu redor, aumentando sua temperatura. Esses dois fenômenos geralmente se equilibram, mantendo o sistema em um estado de estabilidade térmica.
