Ученые впервые создали достаточно большие для практического применения тела, теплопередача между которыми в десятки раз превышает ту, которую предсказывает стандартная теория. Поток энергии между кварцевыми пластинами миллиметрового размера в новом эксперименте превысил теоретические ожидания в 45 раз. Результаты изложены в журнале Physical Review Letters.

В физике и астрофизике часто используется модель абсолютно черного тела — абстрактного объекта, который поглощает все падающее излучение и сам испускает свет по определенному закону, зависящему только от температуры. Наиболее близкие к абсолютно черному телу реальные объекты — это звезды, например, Солнце. Однако в микромире, когда расстояния между телами становятся сравнимы с длинами волн излучения, перенос энергии может на порядки превышать то, что предсказывает чернотельное излучение. Во всех существовавших экспериментальных демонстрациях этого явления физики использовали наноразмерные объекты, которым трудно придумать практическое применение.

В новой работе американские физики исследовали поток энергии между кварцевыми пластинами размером 5 на 5 миллиметров, находящихся на расстоянии до 200 нанометров друг от друга. Подобные эксперименты сложно проводить, поскольку при этом необходимо контролировать расстояние между телами в вакууме с точностью до нанометров, их поверхности должны быть строго параллельны, а тепло не должно уходить посредством других эффектов. При этом у самих пластин должна быть большая разность температур. В новой работе ученые смогли преодолеть эти трудности и измерить поток энергии при разделении от 1200 до 200 нанометров и разнице температур до 156 K. На самом близком расстоянии теплоперенос превысил предсказания теории черного тела в 45 раз.

Теоретический анализ указал, что поток энергии увеличивается за счет взаимодействия фононных поляритонов — смешанного возбуждения (квазичастицы), представляющего собой комбинацию электромагнитной волны и колебаний кристаллической решетки. На близких расстояниях поляритоны двух пластин начинают влиять друг на друга, что увеличивает теплообмен. Авторы надеются, что открытие пригодится при создании твердотельных тепловых двигателей и для отвода энергии от наноразмерных устройств.