Le groupe de Jiping Huang (Département de physique, Fudan University) et le groupe de Cheng-Wei Qiu (Department of Electrical and Computer Engineering, National University of Singapore) ont collaboré pour compléter cette étude publiée dans Examen scientifique national. Ils ont trouvé un nouveau mécanisme pour générer des profils de température asymétriques sans modulation dynamique. Plus précisément, des conductivités thermiques graduées pourraient induire l’advection imitée en conduction pure et passive, qui a un effet de champ de température similaire à l’advection réaliste. Avec l’advection imitée, la chaleur pourrait converger spontanément vers le centre comme des trous noirs.
Les équipes ont mis en évidence expérimentalement l’advection imitée induite par les conductivités thermiques graduées, contrepartie des indices de réfraction gradués responsables de la quantité de mouvement effective en photonique. Ainsi, des profils de température asymétriques pourraient encore être observés dans des directions opposées, bien que le système n’ait pas de modulation dynamique. De plus, la perte d’énergie résultant de la convection naturelle et du rayonnement thermique dans les expériences pourrait faciliter des flux de chaleur asymétriques dans des directions opposées.
Les chercheurs ont en outre conçu l’advection imitée pour qu’elle pointe vers le centre. Par conséquent, les points chauds environnants pourraient être piégés vers le centre comme des trous noirs. La théorie de la transformation conforme pourrait expliquer la base physique pour relier les paramètres gradués et l’espace-temps curviligne. Inspirés des trous noirs en rotation, ils ont également effectué une transformation en rotation sur des paramètres gradués pour démontrer le piégeage thermique en rotation.
Les simulations et les expériences ont vérifié leurs conceptions. Plus précisément, ils ont fabriqué deux échantillons pour démontrer le piégeage thermique normal et rotationnel. Trois matériaux courants (c’est-à-dire le cuivre, le fer et l’acier) ont augmenté le gradient de conductivité thermique. Ces deux échantillons ont été placés dans un bain d’eau glacée comme source froide pour la mesure. Les pistolets thermiques généraient des points chauds, qui pouvaient produire une température initiale constante. Ensuite, les deux types de piégeage thermique ont été observés.
L’advection thermique est cruciale pour la physique non hermitienne et non réciproque. Étant donné que l’advection imitée a presque le même effet de champ de température que l’advection réaliste, il est prometteur de révéler des phénomènes non hermitiens et non réciproques avec des métadispositifs à conduction thermique graduée.
De plus, en raison de la diffusion thermique asymétrique induite par l’advection imitée, les métadispositifs à conduction thermique graduée ont des applications potentielles pour la récupération de la chaleur perdue et l’entonnoir thermique. Un avantage significatif est la consommation d’énergie nulle, car les disques externes ne sont pas nécessaires. Ces résultats pourraient également apporter de nouvelles réflexions et perspectives reliant les systèmes de diffusion (par exemple, la thermotique et la dynamique des particules), les systèmes d’ondes (par exemple, la photonique et l’acoustique) et les systèmes de cosmologie (par exemple, les trous noirs et les trous de ver).
Liujun Xu et al, Piégeage thermique inspiré du trou noir avec des métadispositifs à conduction thermique graduée, Examen scientifique national (2022). DOI : 10.1093/nsr/nwac159