Il est possible de faire en sorte qu'un matériau absorbe plus de rayonnement qu'il ne doit réémettre, violant les lois de la physique d'une manière qui pourrait rendre les appareils à récolte d'énergie plus efficaces
En enfreignant une loi de la physique, les chercheurs peuvent améliorer les dispositifs de récolte d'énergie comme les cellules solaires
Les chercheurs ont enfreint une loi de la physique séculaire, nous mettant sur la voie de la fabrication de meilleurs dispositifs d'évaluation de l'énergie, tels que les cellules solaires.
Linxiao Zhu à la Pennsylvania State University souhaite enfreindre la loi de Kirchoff sur les rayonnements thermiques pendant près d'une décennie. Datant des années 1800, cette loi dicte que les objets émettent autant de rayonnements thermiques – ou de chaleur – à mesure qu'ils absorbent. Il est lié aux lois les plus fondamentales de la physique qui régissent la chaleur et l'énergie: les lois de la thermodynamique. Ceux-ci mettent une contrainte sur tout appareil qui absorbe la lumière et, jusqu'à récemment, les chercheurs pensaient que ces contraintes n'étaient pas négociables.
«Dans un manuel habituel, vous lirez que la loi de rayonnement thermique de Kirchoff est inconditionnellement vraie, et elle est exigée par la deuxième loi de la thermodynamique. Mais en fait, ce n'est pas le cas», explique Zhu.
Nous avons vu une violation antérieure de cette loi, mais uniquement pour une gamme étroite de longueurs d'onde ou de couleurs de rayonnement. Zhu et ses collègues l'ont maintenant brisé de façon plus dramatique que jamais.
Pour ce faire, ils avaient besoin de deux choses: un matériau soigneusement structuré et un champ magnétique. En effet, la structure et le magnétisme affectent ce qui arrive aux particules qui composent le rayonnement – comme les photons qui composent la lumière – et l'énergie qu'ils transportent une fois qu'ils ont frappé un matériau.
Les chercheurs ont fait un semi-conducteur en couches très mince de l'indium, du gallium et de l'arséniure et ont soigneusement dirigé ses atomes dans un arrangement spécifique. Ils l'ont mis près d'un fort électro-aimant et ont brillé de différentes couleurs dessus à différentes températures, angles et forces de champ magnétique.
La structure du matériau, combinée à un approvisionnement constant de forces magnétiques de l'aimant, a entraîné une différence entre le rayonnement absorbé et émis par le matériau. Le rayonnement émis était jusqu'à 43% plus élevé que la quantité absorbée. Zhu dit que cela s'est produit pour plus d'une couleur de lumière, ce qui est avantageux car la lumière qui tombe sur des appareils comme les cellules solaires est généralement un mélange de couleurs.
Aaswath Raman à l'Université de Californie à Los Angeles, dit que l'expérience est une étape importante pour transformer une idée qui n'a été précédemment proposée que dans les calculs en réalité. Il dit que l'énorme contraste entre la quantité de rayonnement absorbée et la quantité émise est «un gros problème».
Le nouveau matériau pourrait stimuler l'efficacité des appareils qui absorbent la lumière ou la chaleur, mais il y a des défis à l'utiliser car les avantages nécessitent des aimants, qui pourraient être difficiles à intégrer dans des appareils compacts et la fabrication à grande échelle. Cependant, Raman dit qu'il est optimiste car il existe de nouveaux matériaux qui se comportent de manière magnétique sans avoir à être placé à côté d'un aimant et de nouvelles astuces électromagnétiques qui pourraient être utilisées pour résoudre ce problème.
