维度网讯，大阪公立大学（Osaka Metropolitan University）的研究人员开发出一种可编程热控装置，该装置不仅能控制热量辐射的位置，还能在断电后记住其配置状态。这一成果有望为高性能芯片、硅光子学、红外传感器和能量采集系统提供更智能的热管理方案。相关研究发表在《激光与光子学评论》（Laser & Photonics Reviews）上，解决了长期阻碍非互易热控器件实际应用的两大难题。

该装置将磁光材料（一种在磁场下光学性质会改变的材料）与相变材料锗锑碲（GST）相结合，可独立控制表面如何吸收和发射红外辐射。与以往设计不同，该装置几乎在垂直入射条件下工作，且无需持续供能即可保持编程状态。传统材料遵循基尔霍夫热辐射定律，即表面在特定波长和方向下的吸收与发射效率相同，这限制了工程师精确操控热量的能力。能够独立调控吸收和发射的装置可改进辐射冷却、热光伏系统、红外传感、热通信等光电子技术。

研究人员探索了多种通过打破洛伦兹互易性（Lorentz reciprocity）来实现这一目标的方法，大多数方案依赖于磁光材料、磁性外尔半金属或主动调制的超表面。然而，这些设计通常面临两大瓶颈：要么要求光线以极倾斜的角度照射表面才能产生强方向性行为，要么设计是易失性的——一旦控制它们的磁场、电信号或热源被移除，其行为便会消失。大阪公立大学的研究团队通过结合两种互补功能的材料解决了这些限制。第一种是砷化铟（InAs），一种磁光半导体，在磁场作用下与红外光的相互作用发生改变，从而引入方向不对称性。第二种是GST，一种可在非晶态和晶态之间可逆切换的相变材料，其光学性质发生剧变，且无论写入哪种状态，即使在断电后也能保持该状态。

研究人员将GST图案化，在InAs层上方形成微观光栅，构成所谓的磁光超光栅（magneto-optical metagrating）。InAs提供方向控制，GST层则充当非易失性开关。施加磁场可调节红外辐射与结构相互作用的方式，而改变GST的相则可永久改变该行为。原型样机实现了接近0.9的非互易因子，工作入射角仅为3度，远小于先前设计通常所需的陡峭入射角。该系统还支持通过改变磁场或入射角进行连续调谐，以及通过GST相变进行数字开关。研究团队分析了GST状态改变时非互易效应减弱的原因，指出这是光场重新分布和阻尼增加的共同作用，而不仅仅是因为吸收损耗。

该技术仍处于早期研究演示阶段。随着处理器将更多晶体管、芯粒和光子组件集成到紧凑封装中，可编程热辐射的能力在计算硬件中可能具有价值，例如从热点区域导出热量、减少相邻芯粒间的热干扰，或稳定那些光学特性随温度变化而漂移的硅光子器件。研究人员还展望了其在辐射冷却、热光伏能量转换、红外发射器、热通信系统以及光子存储器技术中的应用。目前，这项工作仍是实验室演示，距离实现商业部署仍有大量工程挑战需要克服。