Osaka Metropolitan Universityn johtama tutkijaryhmä on simuloinut rakennetta, jolla lämpösäteilyn suuntaa ja voimakkuutta voidaan ohjata ja valittu toimintatila säilyttää ilman jatkuvaa virransyöttöä. Kyse ei vielä ole valmistetusta komponentista, vaan laskennallisesti mallinnetusta GST–InAs-metamateriaalirakenteesta.
Tavallisesti materiaalin kyky absorboida ja lähettää lämpösäteilyä noudattaa vastavuoroisuusperiaatetta. Jos materiaali absorboi tietystä suunnasta tulevaa säteilyä tehokkaasti, se myös säteilee samalla aallonpituudella tehokkaasti samaan suuntaan.
Tutkijoiden mallintama rakenne rikkoo tämän yhteyden. Se voi absorboida keski-infrapunasäteilyä voimakkaasti yhdestä suunnasta mutta vain heikosti vastakkaisesta suunnasta. Näin lämpösäteilyn kulkua voidaan ohjata hieman samaan tapaan kuin elektroninen piiri ohjaa sähkövirtaa.
Rakenne koostuu GST-vaihemuistimateriaalista muodostetusta hilasta, indiumarsenidi- eli InAs-aaltojohtimesta ja hopeisesta heijastinkerroksesta. Ulkoinen magneettikenttä muuttaa InAs-kerroksen optista vastetta niin, että vastakkaisiin suuntiin etenevä säteily käyttäytyy eri tavoin.
Simulaatiossa rakenne saavutti noin 0,90:n suuntaeron 13,24 mikrometrin aallonpituudella. Tulos saatiin lähes kohtisuoralla, kolmen asteen tulokulmalla ja yhden teslan magneettikentässä. Aiemmissa ratkaisuissa voimakas suuntariippuvuus on yleensä vaatinut hyvin loivia tulokulmia, mikä pienentää käytännössä hyödynnettävän säteilyn määrää.
GST-kerros toimii rakenteessa pysyvänä optisena kytkimenä. Materiaali voidaan vaihtaa amorfisen ja kiteisen tilan välillä lämpö-, valo- tai sähköpulssilla. Valittu tila säilyy ilman jatkuvaa energiankulutusta, joten rakenteen suuntariippuvainen toiminta voidaan ohjelmoida päälle tai pois.
Kyse ei kuitenkaan ole lämmön varastoimisesta muistibitin tavoin. GST tallentaa rakenteen optisen toimintatilan, joka puolestaan määrää, miten laite absorboi ja lähettää lämpösäteilyä.
Tutkijoiden mukaan periaatetta voitaisiin tulevaisuudessa hyödyntää infrapuna-antureissa, lämpöenergian hallinnassa, suunnatuissa lämpösäteilijöissä ja fotonisissa muistipiireissä. Ennen käytännön sovelluksia rakenne on kuitenkin vielä valmistettava ja sen toiminta osoitettava mittauksin.
