Учёные показали, что специально созданные метаматериалы способны значительно усиливать передачу тепла через зазоры нанометрового размера. В эксперименте тепловой поток оказался до четырёх раз выше, чем в аналогичной системе без таких структур. Результаты работы опубликованы 27 мая 2026 года в журнале Nature.
Исследование провели специалисты Университета Карнеги — Меллона, Стэнфордского университета и Университета Пердью. Они изучали радиационный теплообмен в ближнем поле — явление, возникающее, когда два объекта разделены расстоянием всего в несколько сотен нанометров. При таких условиях электромагнитное взаимодействие между поверхностями становится намного сильнее, чем на обычных расстояниях.
Для эксперимента исследователи нанесли на тонкие мембраны микроскопические золотые структуры, а затем расположили две мембраны напротив друг друга, оставив между ними нанометровый промежуток. Как пояснил профессор машиностроения Университета Карнеги — Меллона и старший автор работы Шэн Шэнь, метаматериалы используют повторяющиеся миниатюрные узоры, которые позволяют точно воздействовать на энергию. Такая конструкция увеличила теплообмен в четыре раза по сравнению с обычными материалами.
Усиление связано не просто с появлением дополнительных путей для передачи тепла. Золотые элементы вступают во взаимодействие с поверхностными фононными поляритонами — электромагнитными волнами, связанными с колебаниями атомов у поверхности некоторых материалов. По словам соавтора исследования, аспиранта группы Шэня Цзэсяо Вана, возникающий резонанс облегчает движение энергии через зазор. «Это кооперативный эффект: структуры и материал усиливают друг друга», — сказал Шэнь.
Технология может найти применение в охлаждении электронных компонентов, поскольку уменьшение размеров устройств и рост вычислительной мощности усложняют отвод тепла. Управление тепловым потоком на наноуровне также способно повысить эффективность термофотовольтаических систем, преобразующих излучение нагретых объектов в электричество. Кроме того, контролируемые тепловые сигналы могут быть полезны для инфракрасных датчиков, используемых при экологическом мониторинге и в сфере национальной безопасности.
Пока результаты относятся к наноструктурам, работающим в строго контролируемых лабораторных условиях. «Если теплом удастся управлять с такой же точностью, как электричеством или светом, это может привести к появлению нового класса технологий, созданных не только для защиты от тепла, но и для его использования», — отметил Шэнь. Работа получила поддержку Агентства по снижению оборонной угрозы, Национального научного фонда и Управления научных исследований ВВС; DOI публикации — 10.1038/s41586-026-10595-4.