Quebrar as leis da radiação térmica pode resultar em células solares melhores

Os investigadores quebraram leis centenárias da física, colocando-nos no caminho para a criação de melhores dispositivos de recolha de energia, como as células solares.

Linxiao Zhu da Universidade Estadual da Pensilvânia quis quebrar as leis de radiação térmica de Kirchoff por quase uma década. Desde 1800, esta lei afirma que os objetos emitem tanta radiação térmica – ou calor – quanto absorvem. Isto está relacionado com as leis mais fundamentais da física que governam o calor e a energia: as leis da termodinâmica. Isto impõe limites a qualquer dispositivo que absorva luz e, até recentemente, os investigadores consideravam esses limites inegociáveis.

“Em livros didáticos comuns, você lerá que a lei da radiação térmica de Kirchoff é incondicionalmente verdadeira, e isso é exigido pela segunda lei da termodinâmica. Mas, na realidade, este não é o caso”, disse Zhu.

Vimos uma violação anterior desta lei, mas apenas para uma estreita faixa de comprimentos de onda, ou cores, de radiação. Zhu e seus colegas resolveram agora esse problema de forma mais dramática do que antes.

Para fazer isso, eles precisam de duas coisas: um material cuidadosamente estruturado e um campo magnético. Isto acontece porque tanto a estrutura como o magnetismo influenciam o que acontece às partículas que constituem a radiação – como os fotões que constituem a luz – e a energia que transportam quando atingem um material.

Os pesquisadores criaram semicondutores em camadas ultrafinas de índio, gálio e arsenieto e guiaram cuidadosamente os átomos em arranjos específicos. Eles o colocaram perto de um poderoso eletroímã e brilharam com luz de diferentes cores em diferentes temperaturas, ângulos e intensidades de campo magnético.

A estrutura do material, combinada com o fornecimento constante de força magnética do ímã, resulta em uma diferença entre a radiação que o material absorve e emite. A radiação emitida foi 43% superior à quantidade absorvida. Zhu disse que isso ocorre com mais de uma cor de luz, o que é vantajoso porque a luz que incide sobre dispositivos como células solares geralmente é uma mistura de cores.

Aaswath raman da Universidade da Califórnia, em Los Angeles, disse que o experimento foi um passo importante para transformar em realidade ideias anteriormente propostas apenas em cálculos. Ele disse que a grande discrepância entre a quantidade de radiação absorvida e a quantidade de radiação emitida era um “grande problema”.

Esses novos materiais podem melhorar a eficiência de dispositivos que absorvem luz ou calor, mas há desafios em seu uso porque seus benefícios exigem ímãs, que podem ser difíceis de incorporar em dispositivos compactos e de produzir em grande escala. No entanto, Raman disse estar otimista porque existem novos materiais que se comportam magneticamente sem a necessidade de serem colocados próximos a um ímã e novos truques eletromagnéticos que podem ser usados ​​para superar esse problema.