宇宙に新しい種類の光があるでしょうか？ 19世紀後半以来、科学者は、加熱されると、すべての材料が予測可能な波長のスペクトルで光を放出することを理解していました。本日発表された研究自然科学レポートその自然法によって設定された制限を超えるように見える加熱すると光を放出する材料を提示します。
1900年、マックスプランクは最初に数学的に放射のパターンを説明し、エネルギーが離散値にしか存在できるという仮定で量子時代に導かれました。暖炉のポーカーが赤く輝くように、熱を増加させると、すべての材料がより激しい放射を放出し、放出されたスペクトルのピークが熱が上昇すると短い波長にシフトします。プランクの法律に沿って、エネルギーを完全に吸収する仮想のオブジェクト、いわゆる「ブラックボディ」ほど多くの放射線を放出することはできません。
Rensselaer Polytechnic Instituteの主著者で物理学の教授であるShawn Yu Linによって発見された新しい資料は、Planckの法則の限界に反し、レーザーまたはLEDによって生成されるものと同様のコヒーレントな光を放出しますが、それらの技術の刺激放出を生成するために必要な費用のかかる構造はありません。出版された分光法研究に加えて自然科学レポート、Linは以前にイメージング研究を公開していましたIEEE Photonics Journal。どちらも、電磁スペクトルの近赤外部分である約1.7ミクロンの放射線のスパイクを示しています。
「これらの2つの論文は、遠方で「超プランキアン」放射線の最も説得力のある証拠を提供します」とリンは言いました。 「これはプランクの法律に違反していません。熱放射、新しい根本原則を生成する新しい方法です。この材料、およびそれが表す方法は、熱恐怖症および効率的なエネルギーアプリケーションのための非常に強烈で調整可能なLEDのような赤外線エミッターを実現するための新しいパスを開きます。」
彼の研究のために、リンは3次元のタングステンフォトニッククリスタルを構築しました。光子- 6つのオフセット層を使用して、ダイヤモンドクリスタルに似た構成内で、光をさらに洗練する光キャビティをトッピングします。フォトニッククリスタルは、材料から約1マイクロメートルのスパンに放出される光のスペクトルを収縮させます。空洞は、エネルギーを約0.07マイクロメートルのスパンに絞り続けています。
リンは、2002年に最初のすべての金属製フォトニッククリスタルを作成して以来、この進歩を17年間確立するために取り組んでおり、2つの論文は彼が実施した最も厳密なテストを表しています。
「実験的には、これは非常に堅実であり、実験家として、私は自分のデータを支持しています。理論的な観点からは、誰も私の発見を完全に説明する理論をまだ持っていません」とリンは言いました。
イメージングと分光法の両方の研究で、LINは彼のサンプルと、材料の上に垂直に整列したナノチューブのコーティングと、シリコン基質の単一の部分に並んで準備し、結果を複雑にする可能性のあるサンプルとコントロールのテストの間の変化の可能性を排除しました。実験的な真空チャンバーでは、サンプルとコントロールをケルビン600度まで加熱しました。華氏。
で自然科学レポート、LINは、赤外線分光計の開口部がブラックボディで満たされた視野から材料の1つに移動するときに、5つの位置で採取されたスペクトル分析を提示します。ブラックボディの参照の8倍の強度のピーク放射は、1.7マイクロメートルで発生します。
IEEE Photonics Journal紙は、近赤外の従来の電荷結合デバイスで撮影された画像を提示しました。これは、材料の予想される放射線放出をキャプチャできるカメラです。
最近の無関係な研究では、サンプルから2つの熱波長の距離で同様の効果が示されていますが、LINは30センチメートルの距離（約200,000波長）から測定したときに超プランキアン放射を示す最初の材料です。
理論では効果を完全には説明していませんが、リンはフォトニッククリスタルの層の間のオフセットにより、結晶内の多くの空間内から光が出現する可能性があると仮定しています。放出された光は、結晶構造の範囲内で前後に跳ね返り、光の空洞を満たすために表面に移動するときに光の特性を変化させます。
「私たちは光が結晶内から来ていると信じていますが、構造内には非常に多くの平面があり、オシレーターとして機能する非常に多くの表面が非常に多くの励起があるため、人工レーザー材料のように振る舞います」とリンは言いました。 「従来の表面ではありません。」
新しい材料は、エネルギーハーベスティング、軍事赤外線ベースのオブジェクト追跡と識別、廃熱または局所ヒーター、環境および大気を必要とする研究、およびレーザーのような熱排出物としての光学物理学を必要とする研究、および化学分光法を駆動する赤外線の高効率光源を生成するなど、新しい材料を使用できます。
「このエキサイティングで予想外の発見は、物理学や物質科学の知識の境界を動かすことができるパラダイムシフトの基本的な研究を実施することの重要性を強調しています」 「私たちは、リン教授と彼のチームが、新しく変革的な技術の開発に向けた道をリードしたことを非常に誇りに思っています。」
参照：「anインサイトand Direct Confirmation of Super-Planckian Thermal Radiation Emitted From a Metallic Photonic-Crystal at Optical Wavelengths” by Shawn-Yu Lin, Mei-Li Hsieh, Sajeev John, B. Frey, James A. Bur, Ting-Shan Luk, Xuanjie Wang and Shankar Narayanan, 23 March 2020,科学レポート。
2：10.1038/S41598-020-62063-2
「光波長で金属製フォトンクリスタルから放出された超プランキアン熱放射の現場および直接的な確認」は、Award-1840673-NOA（デバイスの特性評価とモデリング）および科学のDOE Office of Science of Science of Science of ScienceのDE-FG02-06er46347（デバイスファブミング）の下で、NSFによってサポートされました。レンセラーでは、リンにはメイ・リ・フジエ、B。フレイ、ジェームズA.バー、Xuanjie王、シャンカルナラヤナン、トロント大学のサジーフジョン、サンディア国立研究所のティンシャンルクが加わりました。
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