Infraroodcamera's detecteren mensen en andere objecten door de warmte die ze afgeven. Nutsvoorzieningen, onderzoekers hebben het griezelige vermogen van een materiaal ontdekt om een ​​doelwit te verbergen door zijn veelbetekenende warmte-eigenschappen te maskeren.

Het effect werkt voor een reeks temperaturen die op een dag mensen en voertuigen zouden kunnen omvatten, een toekomstige aanwinst voor stealth-technologieën presenteren, zeggen de onderzoekers.

Wat het materiaal speciaal maakt, is zijn kwantumkarakter - eigenschappen die niet verklaard kunnen worden door de klassieke fysica. De studie, vandaag gepubliceerd in de Proceedings van de National Academy of Sciences , is een stap dichter bij het ontsluiten van het volledige potentieel van het kwantummateriaal.

Het werk werd uitgevoerd door wetenschappers en ingenieurs van de Universiteit van Wisconsin-Madison, Harvard universiteit, Purdue universiteit, het Massachusetts Institute of Technology en Brookhaven National Laboratory.

Het voor de gek houden van infraroodcamera's is niet nieuw. De afgelopen jaren is onderzoekers hebben andere materialen ontwikkeld van grafeen en zwart silicium die spelen met elektromagnetische straling, ook objecten verbergen voor camera's.

Maar hoe het kwantummateriaal in deze studie een infraroodcamera voor de gek houdt, is uniek:het ontkoppelt de temperatuur van een object van zijn thermische lichtstraling, wat contra-intuïtief is op basis van wat bekend is over hoe materialen zich gedragen volgens fundamentele natuurkundige wetten. Door de ontkoppeling kan informatie over de temperatuur van een object worden verborgen voor een infraroodcamera.

De ontdekking schendt geen enkele natuurkundige wet, maar suggereert dat deze wetten flexibeler kunnen zijn dan conventioneel werd gedacht.

Kwantumfenomenen hebben de neiging om met verrassingen te komen. Verschillende eigenschappen van het materiaal, samarium nikkeloxide, zijn een mysterie sinds de ontdekking ervan een paar decennia geleden.

Shriram Ramanathan, een professor in materiaalkunde aan Purdue, heeft de afgelopen 10 jaar onderzoek gedaan naar samarium-nikkeloxide. Eerder dit jaar, Het laboratorium van Ramanathan ontdekte mede dat het materiaal ook het contra-intuïtieve vermogen heeft om een ​​goede isolator te zijn van elektrische stroom in zuurstofarme omgevingen. in plaats van een onstabiele geleider, wanneer zuurstof uit zijn moleculaire structuur wordt verwijderd.

Aanvullend, samarium-nikkeloxide is een van de weinige materialen die bij hoge temperaturen van een isolerende fase naar een geleidende fase kan overschakelen. Mikhail Kats, een onderzoeker van de University of Wisconsin-Madison, vermoedde dat materialen met deze eigenschap in staat zouden kunnen zijn temperatuur en thermische straling te ontkoppelen.

"Er is een belofte van technische thermische straling om de warmteoverdracht te beheersen en het gemakkelijker of moeilijker te maken om objecten te identificeren en te onderzoeken via infraroodbeeldvorming, " zei Kats, een universitair hoofddocent van elektrische en computer engineering.

Het laboratorium van Ramanathan maakte films van samarium-nikkeloxide op saffiersubstraten om te vergelijken met referentiematerialen. De groep van Kats heeft spectroscopische emissie gemeten en infraroodbeelden vastgelegd van elk materiaal terwijl het werd verwarmd en afgekoeld. In tegenstelling tot andere materialen, samarium-nikkeloxide leek bij verhitting nauwelijks heter en behield dit effect tussen de 105 en 135 graden Celsius.

"Typisch, wanneer je een materiaal verwarmt of koelt, de elektrische weerstand verandert langzaam. Maar voor samarium-nikkeloxide, weerstand verandert op een onconventionele manier van een isolerende naar een geleidende toestand, die zijn thermische lichtemissie-eigenschappen bijna hetzelfde houdt voor een bepaald temperatuurbereik, ' zei Ramanathan.

Omdat thermische lichtemissie niet verandert als de temperatuur verandert, dat betekent dat de twee ontkoppeld zijn over een bereik van 30 graden.

Volgens de Katten deze studie maakt de weg vrij om niet alleen informatie voor infraroodcamera's te verbergen, maar ook voor het maken van nieuwe soorten optica en zelfs voor het zelf verbeteren van infraroodcamera's.

"We kijken ernaar uit om dit materiaal en verwante nikkeloxiden te onderzoeken voor componenten van infraroodcamera's, zoals afstembare filters, optische begrenzers die sensoren beschermen, en nieuwe gevoelige lichtdetectoren, ' zei Kats.