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Enfreindre la loi à l'échelle nanométrique
Chaque fois que vous voyez un morceau de métal rougeoyant, ou virant au jaune ou au blanc à mesure qu'il devient plus chaud, vous regardez la loi de Planck en action. Le principe centenaire, qui décrit comment l'énergie est rayonnée à partir d'un objet noir non réfléchissant idéalisé, s'applique à tout, d'une poêle à frire en fonte à la surface d'une étoile. Mais il s'avère qu'il y a une faille.
Fermer Le professeur Gang Chen avec la chambre à vide utilisée dans ses recherches.
La loi de Planck dit que l'émission thermique de rayonnement à différentes longueurs d'onde suit un schéma précis qui varie en fonction de la température de l'objet. Lorsque le physicien allemand Max Planck a proposé la loi, en 1900, il soupçonnait qu'elle ne s'appliquerait pas lorsque deux objets étaient très proches l'un de l'autre. Mais il a fallu attendre cette année pour prouver son intuition, car garder des objets qui se ferment sans les laisser se toucher est un défi majeur. Aujourd'hui, des chercheurs du MIT ont montré que le transfert de chaleur entre des objets distants de quelques nanomètres peut être supérieur de trois ordres de grandeur à ce que la loi prédit.
Cette histoire faisait partie de notre numéro de novembre 2009
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Le professeur d'ingénierie électrique Gang Chen et son équipe, l'étudiant diplômé Sheng Shen et le professeur de l'Université Columbia Arvind Narayanaswamy, PhD ‘07, ont décrit comment ils l'ont fait dans un article de l'été dernier dans la revue Nano Letters. Si nous utilisons deux surfaces parallèles, il est très difficile de pousser à l'échelle nanométrique sans que certaines parties se touchent, explique Chen. Au lieu de cela, ils ont utilisé une petite perle de verre ronde à côté d'une surface plane. Les objets se sont rapprochés le plus de se toucher en un seul point, ce qui rend la séparation beaucoup plus facile à maintenir. Les chercheurs ont pu tester des séparations aussi petites que 10 nanomètres.
Les résultats pourraient conduire à de nouveaux types de dispositifs photovoltaïques pour exploiter les photons émis par une source de chaleur, permettant de récupérer l'énergie de la chaleur qui serait autrement gaspillée. Ils pourraient également être utiles dans les systèmes d'enregistrement de données magnétiques tels que les disques durs d'ordinateurs, où l'espace entre la tête d'enregistrement et la surface du disque est généralement compris entre cinq et six nanomètres. La tête a tendance à chauffer, et les chercheurs ont cherché des moyens de gérer la chaleur voire de l'exploiter. Par exemple, certains supports d'enregistrement doivent être chauffés, généralement avec un faisceau laser, avant que leurs surfaces puissent être magnétisées par la tête. Si les chercheurs comprennent comment fonctionne le transfert de chaleur à ces distances, ils pourraient peut-être concevoir un moyen pour la tête de fournir son propre chauffage.
Des travaux supplémentaires sont encore nécessaires pour explorer ce qui se passe à des distances encore plus petites, dit Chen, car les chercheurs ne savent pas exactement quelle quantité de chaleur peut être dissipée dans des systèmes rapprochés.