英文原文鏈接：Princeton University, Engineering School. "New rules illuminate how objects absorb and emit light." ScienceDaily. ScienceDaily, 23 December 2019. <www.sciencedaily.com/releases/2019/12/191223122802.htm>.
普林斯頓大學(xué)的研究人員揭示了一個(gè)支配物質(zhì)吸收门怪、輻射光的新原則坐梯。這一規(guī)則的提出郎汪，將會(huì)使科學(xué)家更好地操縱光，同時(shí)也會(huì)加速下一代光學(xué)器件的研究劝萤。
這個(gè)發(fā)現(xiàn)解決了長(zhǎng)期存在的尺度問(wèn)題（關(guān)于光與微觀小尺度物質(zhì)之間的相互作用）渊涝，光與小尺度物質(zhì)之間的相互作用不受其與宏觀大尺度物質(zhì)之間相互作用規(guī)則的約束。
論文的第一作者，電氣工程博士后Sean Molesky說(shuō)：“小尺度物質(zhì)之間的效應(yīng)是不同于宏觀大尺度物質(zhì)之間相互作用的效應(yīng)跨释，從一粒沙子和一個(gè)分子的移動(dòng)可以觀察到這種差別 ”胸私，“你不能用同一規(guī)則描述這兩件事 ”。
這個(gè)問(wèn)題源于光的自然屬性鳖谈，對(duì)于普通介質(zhì)岁疼，光的傳播可以描述為直線或射線。但是對(duì)于微觀尺度的介質(zhì)缆娃，光的波動(dòng)性起了明顯的作用捷绒，射線光學(xué)的規(guī)律被打破。這個(gè)現(xiàn)象非常重要龄恋，在現(xiàn)代材料中疙驾，在微米尺度觀測(cè)的實(shí)際紅外輻射的能量是利用射線光學(xué)預(yù)測(cè)的百萬(wàn)倍。
這個(gè)新的規(guī)則發(fā)表在12月20日的期刊《物理評(píng)論快報(bào)》(physical review letters)上郭毕，這個(gè)研究成果告訴我們?nèi)魏纬叨认挛镔|(zhì)可以吸收、輻射多少紅外能量函荣，解決了長(zhǎng)期以來(lái)的光學(xué)在宏觀大尺度與微觀小尺度之間的矛盾显押。這個(gè)工作將19世紀(jì)的“黑體”這一概念拓展到一個(gè)可實(shí)際應(yīng)用的背景中。黑體是一個(gè)可以對(duì)任何照射它的光進(jìn)行理想吸收的物體傻挂。
該項(xiàng)目的首席研究員乘碑，電子工程副教授Alejandro Rodriguez說(shuō)“已經(jīng)有很多研究在試圖理解，對(duì)于一個(gè)特定的材料金拒，如何才能接近黑體的極限（完美吸收）”兽肤，他又說(shuō)“我們?nèi)绾沃圃煲粋€(gè)完美吸收器、完美的發(fā)射器呢绪抛？”资铡。
這是一個(gè)很多科學(xué)家都曾思考的老問(wèn)題，包括對(duì)量子力學(xué)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)的普朗克幢码、愛(ài)因斯坦和玻爾茲曼等科學(xué)家笤休。
之前大量的研究已經(jīng)表明構(gòu)建納米級(jí)的結(jié)構(gòu)可以增強(qiáng)光的吸收和輻射，有效地將光子捕獲在小腔室內(nèi)症副。但是沒(méi)有人對(duì)這個(gè)極限進(jìn)行過(guò)定義店雅，留下了一如何去評(píng)估設(shè)計(jì)的一個(gè)大問(wèn)題。
不再用多次試驗(yàn)贞铣、試錯(cuò)闹啦，該研究成果可以使工程人員通過(guò)數(shù)學(xué)方法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。該成果在未來(lái)將有很廣泛的應(yīng)用辕坝，這個(gè)工作對(duì)于太陽(yáng)能電池窍奋、光學(xué)電路和量子計(jì)算等領(lǐng)域有著尤其重要的應(yīng)用。
現(xiàn)在，該課題組的該工作主要是基于熱光源费变，例如太陽(yáng)光或白熾燈光摧扇。但是研究人員希望將他們的工作可以推廣到其它光源，例如LED挚歧、螢火蟲(chóng)扛稽、電弧電流等。
該工作受到國(guó)家科學(xué)基金會(huì)滑负、康奈爾材料研究中心在张、國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局和加拿大國(guó)家科學(xué)與工程研究委員會(huì)的支持。
Reference
[1]Sean Molesky, Weiliang Jin, Prashanth S. Venkataram, Alejandro W. Rodriguez. T Operator Bounds on Angle-Integrated Absorption and Thermal Radiation for Arbitrary Objects. Physical Review Letters, 2019; 123 (25) DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.257401
