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UPNA研究人员关于时间超材料白炽度的理论著作被选为光学和光子学领域年度最佳作品之一

2023-12-29 11:05:58  来源:激光网原创    

来自纳瓦拉公立大学 、Iñigo Liberal和 J. Enrique Vázquez-Lozano 的研究人员发布了时间超材料白炽灯的理论著作在杂志上,这是多学科水平最负盛名的国际期刊之一。这项工作探索了一种完全新颖和颠覆性的方法控制热排放过程的可能性:使用其特性随时间变化的材料。

正如研究人员所解释的那样,传统上,从基本的角度来看,热发射现象与黑体能够发射的辐射有关,即一个不反射任何东西并吸收所有辐射的物体。正如普朗克定律所指出的,这种发射仅取决于体温,并且“本质上是非相干的、随机的、全向的、高带宽的和非极化的”。

在另一个基本原理基尔霍夫辐射定律的基础上,各种理论和实验工作已经证明了通过使用光子纳米结构来控制热发射过程的可能性。在材料本身的选择以及纳米级结构的形状、尺寸和方向上设计适当的配置,使得控制热辐射的特性成为可能,包括其相干性、方向性、偏振和带宽。然而,在这种方法下,基于几何建模,黑体构成了一个基本且不可逾越的极限。

在此基础上,这项工作的目的恰恰是将时间作为另一种设计工具引入,并分析其基本后果及其应用潜力。从这个意义上说,表明通过改变范式并转向基于材料特性的时间调制的工程,即临时超材料,可以超过为黑体建立的物理极限。

热工程是一个具有强大技术影响的研究领域,对电子学或光子学等其他领域有直接影响。特别是,高效热发射器的开发和优化对于辐射冷却和热光伏系统等可再生能源以及与传感、通信、热成像和伪装系统相关的应用至关重要。“除了有助于提高传统热发射器的性能外,这些发现还扩大了限制,指向了热机或辐射冷却器等新技术,”该文章的作者说。

“这项工作还从基本的角度提出了新的问题,”研究人员指出。“一方面,一般来说,热电流似乎彼此完全不相关。然而,随着时间的推移调节材料的特性会在空间和频率上产生一系列不平凡的相关性,“他们解释说。“在某种程度上,”他们指出,“这意味着时间调制使得连接发生在非常不同区域的过程成为可能。除了显著改善排放外,其后果还有待分析。最后,虽然传统的热发射可以用半经典形式主义来描述,但时间超材料需要基于宏观量子电动力学的处理。他们说,量子真空的放大叠加在传统的热发射上,这一事实为在热辐射领域开发和实施量子技术提供了可能性。他们总结说:“了解物理原因,以及从真空中量子提取光子的机制与热发射过程之间的这种统一范围,代表了一个令人不安的科学技术挑战,尚待探索。

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