热是你每天都会遇到的东西——你的咖啡变凉，你的笔记本电脑发热，太阳把地球变成一个大披萨。但当你放大到比头发丝还小的距离时，热就开始表现得像错过了物理学的备忘录。

卡内基梅隆大学、斯坦福大学和普渡大学的研究人员现在展示了一种在纳米尺度控制热能的强大新方法，发表在《自然》杂志上。他们提供了强有力的实验证据，证明通过专门设计的超材料，可以有意地工程化并显著增强热传递。

关键在于一种叫做近场辐射热传递的现象。当两个物体相隔仅几百纳米时，热量可以通过电磁波穿过间隙——这比让热量像守规矩的热公民一样辐射出去要高效得多。

科学家们多年来已经知道这一点，但证明你可以大幅提高它一直是一个挑战。于是超材料登场了：具有微观重复结构的工程材料，能以高度可控的方式与能量相互作用。

“我们将微观金结构图案化到薄膜上，并将它们面对面地放置在纳米级间隙上，”卡内基梅隆大学机械工程教授、资深作者盛申说。“与没有超材料的类似设置相比，这使热传递增加了多达四倍——远远超出了传统物理学在更大距离上的预测。”

这不仅仅是增加更多的热路径。金结构与材料中自然存在的能量波（称为表面声子极化子）相互作用，产生共振效应。“这些耦合振动使能量能够更自由、更高效地穿过间隙，”博士生、共同第一作者王泽晓说。

“这是一种协同效应，”盛补充道。“结构和材料相互放大。”

潜在应用包括为不断缩小、越来越热的计算机芯片提供更好的冷却，改进将热量转化为电力的热光伏系统，以及从环境监测到国家安全等领域的更灵敏的红外传感。

目前，这一切都在纳米尺度下精心控制的实验室条件下进行，但这标志着从理论到实际演示的一步。“如果热能可以像电或光一样精确地工程化，它可能为新一代技术打开大门，这些技术不仅是为了承受热量，而是为了利用它，”盛说。

这项工作得到了国防威胁降低局、国家科学基金会和空军科学研究办公室的支持。通讯作者是盛申和范汕洄。王泽晓、余仁文和Hakan Salihoglu做出了同等贡献。