Quando aquecido, material emite mais radiação do que pela Lei de Planck

Por , em 24.03.2020

Os materiais emitem luz em um espectro previsível de comprimento de onda, quando são aquecidos. Em 1900, Max Planck descreveu matematicamente um padrão de radiação de corpo negro e sua proposta deu início ao que é hoje a teoria quântica. Mas um material demonstrado experimentalmente parece exceder os limites estabelecidos pela Lei de Planck. Os resultados foram publicados no Nature Scientific Reports.

O material descoberto pelo professor Shawn Yu Lin, do Rensselaer Polytechnic Institute, emite luz semelhante à produzida por lasers ou LEDs. Isso sem a necessidade da estrutura mais cara para produzir a emissão simulada de tais tecnologias.

Tanto o recente estudo de espectroscopia, quanto outro publicado anteriormente pelo professor, mostram um pico de radiação de aproximadamente 1,7 mícron. Esta é a parte do espectro eletromagnético próxima ao infravermelho.

O professor considera que isso não viola a Lei de Planck, mas é uma nova forma de gerar emissão térmica. Para ele, o método e o material representam um novo caminho para emissores de infravermelho superintenso semelhante a LED, para aplicações termovoltaicas e de energia eficiente.

Lin trabalha para encontrar evidências desde 2002 e os artigos publicados são baseados em testes realizados por ele.

Novo material

Para a pesquisa, Lin construiu um cristal fotônico de tungstênio tridimensional, com seis camadas desalinhadas, e cobriu com uma cavidade óptica que refina a luz.

O cristal fotônico diminui o espectro de luz emitido pelo material para um intervalo de aproximadamente 1 micrômetro. A cavidade continua a comprimir a energia em intervalo de cerca de 0.07 micrômetro.

O pesquisador utilizou como controle um corpo negro. As amostras de teste e controle foram colocadas na mesma peça de substrato de silício. Em câmara a vácuo as amostrar foram aquecidas a 600 graus Kelvin.

A análise espectral foi realizada em cinco posições. A emissão mais alta teve intensidade 8 vezes maior que a da amostra de controle, ocorreu a 1,7 micrômetros.

Emissão de luz

A teoria não explica por completo o efeito. A hipótese de Lin é de que o desalinhamento entre as camadas do cristal fotônico permite que a luz surja entre os espaços dentro do cristal. A luz emitida salta de para trás e adiante na estrutura do cristal. Isso altera a propriedade da luz conforme ela viaja para a superfície ao encontro da cavidade óptica.

O novo material pode ser usado na coleta de energia, rastreamento e identificação de objetos baseados em infravermelho na área militar, produção de fontes ópticas altamente eficientes conduzidas pela perda de calor ou fontes de calor no local e em pesquisas envolvendo infravermelho. [SciTechDaily, Rensselaer Polytechnic Institute, Nature Scientific Reports]

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