Ученые из США создали специальное покрытие, которое позволяет за счет своей температуры скрывать объекты от тепловых камер. Технология основана на зависящих от температуры отражательных свойствах оксида ванадия – материала, претерпевающего значительные изменения электронной структуры при определенной температуре.

При постепенном нагревании до 80 градусов по шкале Цельсия, тепловое излучение не показывает необычного поведения вплоть до 74 градусов, но потом внезапно начинает «обманывать» детектор на 20 градусов в меньшую сторону.

Это довольно неожиданный результат, имеющий потенциальное военное применение, в том числе, в создании камуфляжа. Кроме того, открытие полезно для будущих исследований метаматериалов.

При постепенном нагревании оксида ванадия происходит фазовый переход из структуры, имеющей свойства изолятора, в проводящее (металлическое) состояние. Кроме того, изменяется характер отражения инфракрасного света поверхностью материала: из почти прозрачного он превращается в хороший отражатель. Правда, переход этот происходит не мгновенно, а между описанными состояниями материал ведет себя, как сильно поглощающий излучение диэлектрик.

Почти любой из известных объектов при нагревании излучает свет. Это «тепловое излучение» объясняет свечение горячей плиты или лампы накаливания. Группа ученых из Harvard University (США) показала, что

оксид ванадия относится к тем структурам, тепловое излучение которого при постепенном нагреве образца в определенном диапазоне температур ведет себя весьма нелогично.

С учетом описанных выше свойств, тонкая пленка оксида ванадия, помещенная на хорошо отражающей излучение инфракрасного спектрального диапазона подложке, к примеру, на поверхности сапфира, создает комбинированную структуру, которая хорошо поглощает или отражает ИК-излучение, в зависимости от температуры. Как отражение, так и поглощение характеризуют мощность теплового излучения объекта, поэтому структура также имеет изменяющуюся с температурой способность излучать.

Следствием этого является резкое уменьшение излучения во время фазового перехода оксида ванадия при постепенном повышении температуры.

Найденное таким образом покрытие предоставляет ученым интересные возможности для локального манипулирования излучением объекта с неожиданной стороны.

Самое интересное, что описанный эффект был достигнут без какого-либо структурирования слоя или создания специальных наноструктур. Достаточно было просто нанести равномерным слоем вещество, подверженное фазовому переходу.

Исследователи считают, что незначительные изменения в разработанной структуре могут сделать сферу применения открытия еще шире. Заменив, к примеру, материал подложки на оксид индия и олова, и дополнив методику нанесения покрытия из оксида ванадия легированием или другим аналогичным процессом, ученые надеются изменить длины волн излучения в более широком диапазоне температур.

Почти случайно команда также обнаружила, что наноразмерные структуры, которые неизбежно возникают в области перехода оксида ванадия, могут быть использованы для достижения определенного уровня управляемости эффекта (т.е. в перспективе – для подавления теплового излучения при повышении температуры).

Правда, создание искусственных наноструктур в таком материале (в отличие от упомянутых естественных неупорядоченных структур) может быть не столь простым.

После детального исследования, покрытие потенциально может применяться в самых разных областях.

К примеру, оно может использоваться для пассивной маскировки транспортного средства от тепловизоров. Кроме того, они позволяют создавать тепловые маяки или даже поверхности для передачи секретных сообщений за счет локального нагрева. Также корректировку теплового излучения объекта можно использовать для изменения скорости нагрева или остывания.

Подробные результаты работы опубликованы в журнале Physical Review X.