Учёные создали прототип устройства с так называемой «термопамятью», которое позволяет управлять теплопроводностью с помощью электрического сигнала. Разработка основана на ультратонких сегнетоэлектрических плёнках и открывает новый подход к контролю тепла — не через его изоляцию, а через точное регулирование прямо в месте возникновения.

Тепло, в отличие от многих других форм энергии, трудно накапливать из-за его естественной склонности к рассеиванию. Это свойство играет важную роль в природных процессах, например, в передаче солнечной энергии на Землю, но одновременно создаёт серьёзные сложности для технологий. Исследователи предложили альтернативную стратегию: не пытаться удерживать тепло, а управлять его потоками в реальном времени и использовать их для создания функциональных устройств.

В работе, опубликованной в журнале Advanced Materials, команда представила устройство, способное переключаться между состояниями с высокой и низкой теплопроводностью под действием небольшого электрического напряжения. По аналогии с цифровыми битами, такая система может находиться в состоянии «включено» (тепло проходит легко) или «выключено» (теплопроводность снижена), причём выбранное состояние сохраняется даже после отключения питания.

Ключевым элементом устройства стали нанометровые плёнки из оксида гафния и циркония, обладающие сегнетоэлектрическими свойствами. Учёные использовали сочетание двух эффектов: электрической поляризации материала и наличия дефектов кристаллической решётки — кислородных вакансий, которые препятствуют передаче тепла. Именно взаимодействие этих факторов позволяет гибко управлять теплопроводностью.

Механизм работы основан на контроле движения вакансий с помощью электрического поля. В зависимости от напряжения они либо накапливаются в определённых областях, либо распределяются по материалу, тем самым изменяя скорость распространения тепла. Такое поведение сопровождается гистерезисом — характерной особенностью сегнетоэлектриков — что обеспечивает наличие двух устойчивых тепловых состояний.

Разработка открывает перспективы для активного управления тепловыми процессами в твёрдотельных устройствах. В будущем такие технологии могут использоваться для охлаждения электроники, повышения эффективности энергетических систем и даже создания новых способов обработки информации, основанных не на электричестве, а на тепле.