Новые правила освещения как объекты поглощают и излучают свет

Исследователи из Принстона обнаружили новые правила, регулирующие как объекты поглощают и излучают свет, тонкой настройки контроль ученых над светом и активизация исследований в следующего поколения солнечных и оптических приборов.

Открытие решает застарелую проблему от масштаба, в котором поведение света при взаимодействии с мелких объектов нарушает устоявшиеся физические ограничения наблюдаются в более широком масштабе.

«Виды эффектов, которые вы получите за очень небольшие объекты отличаются от эффектов, которые вы получаете от очень крупных объектов», — сказал Шон Molesky, научный сотрудник в области электротехники и первый автор исследования. Разницу можно наблюдать при переходе от молекулы к песчинке. «Вы не можете одновременно описать обе вещи», — сказал он.

Проблема вытекает из известного облика природы света. Для обычных объектов, легкие движения могут быть описаны прямыми линиями или лучами. Но для микроскопических объектов, свойства света это волна захватит и аккуратные правил рентгеновской оптики сломать. Эффекты являются значительными. В важных современных материалов, наблюдений в масштабе мкм показал, инфракрасный свет излучает в миллионы раз больше энергии на единицу площади, чем рентгеновской оптики прогнозирует.

Новые правила, опубликованные в натуральном обзор писем на декабря. 20, говорят ученые, сколько инфракрасное излучение объекта любого масштаба можно ожидать поглощения или испускания, разрешение десятилетия несоответствие между большой и малой. Работа выходит 19-го века концепция, известная как черное тело, в полезный современном контексте. Черными телами являются идеализированные объекты, которые поглощают и испускают свет с максимальной эффективностью.

«Там было много исследований, чтобы попытаться понять на практике, для данного материала, как можно приближаться к этим границам черного тела», — сказал Алехандро Родригес, доцент кафедры электротехники и главный исследователь исследования. «Как мы можем сделать идеальный поглотитель? Идеальный излучатель?»

«Это очень старая проблема, что многие физики, в том числе планка, Эйнштейна и Больцмана — решать на ранней стадии, и заложил основы для развития квантовой механики.»

Большой корпус предыдущие работы показали, что структурирование объектов с наноразмерными возможности могут улучшить поглощение и излучение, эффективно улавливающий фотоны в крошечном зале зеркал. Но никто не определил фундаментальные пределы возможного, оставляя открытыми главные вопросы о том, как оценить дизайн.

Не ограничиваясь перебором проб и ошибок, новый уровень контроля позволит инженерам математически оптимизировать конструкции для широкого спектра применения в будущем. Работа особенно важна в технологии, такие как панели солнечных батарей, оптических схем и квантовые компьютеры.

В настоящее время результаты команды являются специфическими для тепловых источников света, как солнце или как лампа накаливания. Но исследователи надеются, что дальнейшие обобщения работа по согласованию с другими источниками света, как светодиоды, светлячки, или искрения электроэнергии.

Исследование было частично поддержана Национальным научным фондом, Корнельского Центра по исследованию материалов, передовых оборонных исследовательских проектов США, Национальным научным и инженерным исследованиям совета Канады.

сделать разницу: спонсорские возможности