Novo Metamaterial Desafia Leis da Física ao Emitir Mais Calor do que Absorve

Pesquisadores desenvolveram um material inédito capaz de alterar fundamentalmente o equilíbrio entre a absorção e a emissão de calor, algo que até então parecia impossível segundo os princípios da termodinâmica clássica. Este avanço, detalhado em um artigo publicado na prestigiada revista Physical Review Letters, descreve como um metamaterial específico consegue emitir mais luz infravermelha do que retém, desafiando diretamente a chamada Lei de Kirchhoff. Essa lei postula que um objeto, sob certas condições de equilíbrio térmico, deve absorver e emitir energia térmica de forma igual.
Nos últimos anos, a comunidade científica tem dedicado esforços consideráveis para investigar formas de contornar esse princípio aparentemente imutável. Compreender e, mais importante, controlar a absorção e a emissão de calor é crucial para o desenvolvimento de novas tecnologias em áreas vitais como a energia solar e a camuflagem térmica. A manipulação desses processos pode, de fato, pavimentar o caminho para o surgimento de sistemas muito mais eficientes e inovadores.

Metamaterial Supera Experimentos Anteriores com Resultados Notáveis

Experimentos anteriores já haviam tentado explorar essa quebra de reciprocidade. Em 2023, uma pesquisa utilizando arsenieto de índio (InAs) sob um forte campo magnético conseguiu uma pequena, mas limitada, quebra da reciprocidade térmica. No entanto, a nova pesquisa, liderada por Zhenong Zhang, da Universidade Estadual da Pensilvânia, nos EUA, foi significativamente além desses resultados iniciais, apresentando um avanço notável na compreensão e aplicação desses fenômenos.
A equipe de Zhang criou um metamaterial composto por cinco finíssimas camadas, cada uma com apenas 440 nanômetros de espessura, de arsenieto de índio e gálio (InGaAs) dopado com elétrons. Essas camadas foram habilmente sobrepostas em um substrato de silício. Para estudar o comportamento térmico do material, os pesquisadores utilizaram um equipamento especial que aqueceu o composto a 540 Kelvin (equivalente a aproximadamente 266°C) e aplicou um campo magnético de 5 tesla, uma intensidade cem mil vezes superior à do campo magnético da Terra.
O resultado obtido foi surpreendente: o material demonstrou um efeito duas vezes maior do que o registrado em experimentos anteriores, mantendo a emissão de calor não recíproca em diversos ângulos e comprimentos de onda no infravermelho. Zhang afirmou que a equipe detectou uma “emissão não recíproca forte“, com valores que superam significativamente os dados já relatados na literatura científica, marcando um feito notável na física de materiais.
Os pesquisadores estão otimistas de que essa descoberta fundamental pode abrir caminho para o desenvolvimento de uma nova geração de tecnologias. Isso inclui desde diodos e transistores térmicos até sistemas altamente eficientes para a conversão de calor em eletricidade e o avanço do controle térmico em diversas aplicações, prometendo revolucionar a forma como gerenciamos a energia térmica.

Da redação com informações do Olhar Digital    [GGM-20250708-1445-25F]