(а) Однородная структура с изотропной диффузией.
(б) Распределение температуры (а) в определенный момент.
(c) и (d) Структура изолятор-проводник-изолятор (ICI) с анизотропной диффузией в желтых полосах (высокая теплопроводность) и изотропной диффузией в зеленых областях (низкая теплопроводность).
(e) и (f) Градиентная структура с асимметричной диффузией к центру.
Предоставлено: Science China Press.

Команды экспериментально продемонстрировали имитацию адвекции, вызванную градуированной теплопроводностью, аналогом градуированных показателей преломления, ответственных за эффективный импульс в фотонике. Таким образом, асимметричные профили температуры все еще могут наблюдаться в противоположных направлениях, хотя система не имеет динамической модуляции. Кроме того, потери энергии в результате естественной конвекции и теплового излучения в экспериментах могли способствовать асимметричным потокам тепла в противоположных направлениях.

Исследователи также разработали имитацию адвекции, чтобы она указывала на центр. Следовательно, окружающие горячие точки могут оказаться в ловушке по направлению к центру, подобно черным дырам. Теория конформного преобразования могла бы объяснить физическую основу для связи градуированных параметров и криволинейного пространства-времени. Вдохновленные вращением черных дыр, они также выполнили преобразование вращения с градуированными параметрами, чтобы продемонстрировать вращательный тепловой захват.

И моделирование, и эксперименты подтвердили их конструкции. В частности, они изготовили два образца для демонстрации нормального и вращательного теплового захвата. Три распространенных материала (то есть медь, железо и сталь) увеличили градиент теплопроводности. Эти два образца были помещены в баню с ледяной водой в качестве источника холода для измерения. Тепловые пушки генерировали горячие точки, которые могли выдавать постоянную начальную температуру. Затем наблюдались два типа теплового захвата.

Тепловая адвекция имеет решающее значение для неэрмитовой и невзаимной физики. Поскольку имитационная адвекция имеет почти такой же эффект температурного поля, как и реальная адвекция, перспективным является выявление неэрмитовых и невзаимных явлений с помощью метаустройств с градиентной теплопроводностью.

Более того, из-за асимметричной тепловой диффузии, вызванной имитацией адвекции, метаустройства с градиентной теплопроводностью имеют потенциальное применение для рекуперации отработанного тепла и теплового воронкообразователя. Существенным преимуществом является нулевое энергопотребление, поскольку не требуются внешние накопители. Эти результаты могут также принести новые идеи и перспективы, связывающие диффузионные системы (например, термотика и динамика частиц), волновые системы (например, фотоника и акустика) и космологические системы (например, черные дыры и червоточины).