网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

Nano Lett.: 利用布里渊区折叠诱导的准束缚模实现超高相干热辐射源

0
分享至

论文信息:

Kaili Sun, Uriel Levy and Zhanghua Han, Exploiting Zone-Folding Induced Quasi-Bound Modes to Achieve Highly Coherent Thermal Emissions, Nano Letters (2024).

论文链接:

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c04587

导读

近日,山东师范大学韩张华教授课题组提出一种利用布里渊区折叠诱导的准束缚模来实现超高相干热发射的方法,相关成果以“Exploiting Zone-Folding Induced Quasi-Bound Modes to Achieve Highly Coherent Thermal Emissions”为题发表在《Nano Letters》上。博士生孙开礼为论文第一作者,韩张华教授为论文通讯作者,合作者还包括以色列耶路撒冷希伯来大学的Uriel Levy教授。

研究背景

众所周知,热发射是由物体中的各种热波动引起的,因此是宽带的、全向的,通常被认为是非相干的。如何使用人工方法选择性地增强规则热发射中的特定过程,以最终实现具有受控特性的辐射输出,例如光谱带宽、光束轮廓、空间分布、偏振等,代表了一种新的研究范式。近些年,人们对开发基于不同物理概念的各种人工微结构以实现具有光谱选择性(时间相干性)和方向控制(空间相干性)的热发射表现出越来越浓厚的兴趣。例如,基于表面声子极化的概念被广泛用于实现相干光源,但只能工作在“Reststrahlen band”的极其有限的波长范围。由金属-绝缘体-金属(MIM)组成的三明治结构支持的局域等离子体共振也被广泛使用,但是由于金属的高固有损耗,导致相干性极差。

近年来,准连续域中束缚态(QBIC)的概念因其能够实现超窄的共振线宽而被人们广泛关注。基于此,作者先前在理论和实验上实现了超高时间相干热发射(Nanophotonics. 10(16): 4035–4043(2021),Int. Commun. Heat Mass Transfer. 143 106728 (2023)),为下一代非色散红外(NDIR)系统等应用提供了优异的光源。而对于具有空间相干需求的热辐射源来说,尤其法向输出,光锥下方具有天然陡峭色散分布的导模(GM)表现出极其显著的优势(Phys. Rev. Appl. 20(2), 024033 (2023))。

研究内容

热辐射源工作原理如图 1 所示 , 在实际应用中,当电流施加到底部金属层以用作焦耳加热器时,热激发的带电粒子在材料中产生随机取向的偶极子,并且耦合到由上层结构支撑的非局域高 Q 共振模式。最终,相干光在想要的波长位置以显著增强的方式辐射。

图 1. 热辐射源结构示意图

然而,在实验中,由于材料不可忽略的吸收损耗,在实现高 Q 发射 的同时,不可避免的要使用高对比度光栅的设计来更大范围的调控辐射损耗,从而将 Q rad 匹配 Q abs 来实现高发射率。但是,这种周期性的调制导致两个反向传播模式之间较大的耦合,在第一布里渊区( FBZ )边界处产生较大的带隙 ( 意味着大范围波矢内的平坦色散 ) 。当对周期进行扰动后(周期倍增或者三倍增加), FBZ 收缩, GM 被 折叠到光锥的上方形成高 Q 准导模( QGM ),如图 2(b) 或 (c) 。其继承了原始 GM 的陡峭色散,并且整条带上的 Q 因子都能够被灵活调节。

图2.不同微扰下FBZ及能带变化的示意图

重要的是,本研究中三元光栅的设计极其重要,该系统在实现高 Q 因子 QGM 的同时能够将原始 FBZ 边界处大的能谱间隙移到新系统的 FBZ 边界处,原 k = 2π/3P 处陡峭且连续分布的 GM 出现在 Γ 点,从而法向输出对应的 频率仅仅出现在极小的 Δk 范围内,这是实现超高相干热发射的关键。作者理论分析和实验验证了该热辐射源的各项优异的特性(时间相干、空间相干、偏振依赖、单色性,光谱可调等等)。重要的是,通过计算,其法向输出的空间相干长度能够达到 0.491mm ,如果使用单晶 Ge 和 ZnS ,并结合低对比度光栅的设计,法向输出的空间相干长度能够达到 1.327cm 。

图3.热辐射源的光谱结果

结论与展望

总之,该MIR热辐射源基于三元光栅中的带折叠效应,在Γ点附近实现了极小能谱间隙和非圆滑色散的高Q因子QGM,此外,还具有线偏振输出、光谱可调等特性。这种结构简单、性能优异的热辐射源有望成为下一代NDIR传感系统等应用中的重要组成部分。

以下为广告部分

招聘信息| 山东高等技术研究院吴小虎课题组招收联合培养研究生、科研助理和博士后

点击下图查看详细招聘信息!

点/击/上/图/查/看/详/细/招/聘/信/息

热辐射与微纳光子学

Founded by

吴小虎

山东高等技术研究院教授

个人主页:www.xiaohuwu.com

微信:wuxiaohu_1992

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
美伊战火打醒中东土豪!伊朗导弹一炸,阿联酋连夜拔管法国大飞机

美伊战火打醒中东土豪!伊朗导弹一炸,阿联酋连夜拔管法国大飞机

青青子衿
2026-04-10 20:26:18
突发!FCC拟禁止中国三大运营商!中方回应

突发!FCC拟禁止中国三大运营商!中方回应

EETOP半导体社区
2026-04-10 08:36:04
全红婵后续:四人已被带走,全网追问群主,陈芋汐确认在群里!

全红婵后续:四人已被带走,全网追问群主,陈芋汐确认在群里!

眼光很亮
2026-04-10 13:53:56
全红婵后续:陈若琳被曝光,更多细节浮现,队友开始慌乱,求放过

全红婵后续:陈若琳被曝光,更多细节浮现,队友开始慌乱,求放过

眼光很亮
2026-04-10 14:04:08
退圈女星自曝,被注射不明物质,不听话就头疼,秦岚也被牵连其中

退圈女星自曝,被注射不明物质,不听话就头疼,秦岚也被牵连其中

阿纂看事
2026-04-10 14:27:16
郑丽文在北京新造型!穿蓝紫色西服彰显贵气,还双手背后很有气势

郑丽文在北京新造型!穿蓝紫色西服彰显贵气,还双手背后很有气势

八八尚语
2026-04-10 12:58:23
大快人心!网暴全红婵之人落网 警方:系31岁徐姓男子 行拘10日

大快人心!网暴全红婵之人落网 警方:系31岁徐姓男子 行拘10日

念洲
2026-04-10 19:31:28
巴基斯坦狠批以色列,并部署空军进入伊朗

巴基斯坦狠批以色列,并部署空军进入伊朗

世家宝
2026-04-10 13:49:33
王毅访朝第2天!高市不装了,降级中日关系,中方的回应不简单

王毅访朝第2天!高市不装了,降级中日关系,中方的回应不简单

共工之锚
2026-04-10 19:28:56
市值蒸发9.65亿!8人小公司掏空上市巨头,内鬼毁掉床垫巨头

市值蒸发9.65亿!8人小公司掏空上市巨头,内鬼毁掉床垫巨头

毒sir财经
2026-04-10 16:26:57
印度:我们每家都有电视,中国行吗?法国:人家中国居民不用偷电

印度:我们每家都有电视,中国行吗?法国:人家中国居民不用偷电

离离言几许
2026-04-10 14:51:25
看笑了!大连国脚与浙江外援冲突后捂着嘴交流,都怕因骂人被处罚

看笑了!大连国脚与浙江外援冲突后捂着嘴交流,都怕因骂人被处罚

我爱英超
2026-04-10 22:30:45
山西一局长在办公室突发疾病不幸去世,单位正申报因公殉职,生前曾获省五一劳动奖章

山西一局长在办公室突发疾病不幸去世,单位正申报因公殉职,生前曾获省五一劳动奖章

大风新闻
2026-04-10 11:26:15
为什么现在的美女都长一个样?因为她们整容用的都是同一套医美模版

为什么现在的美女都长一个样?因为她们整容用的都是同一套医美模版

三言四拍
2026-04-10 08:36:03
62岁退休大爷:人老了出轨虽然很有激情,但最终下场很惨

62岁退休大爷:人老了出轨虽然很有激情,但最终下场很惨

热心柚子姐姐
2026-04-09 16:04:48
42万开卖蔚来ES9,广告法今晚都对李斌失效了

42万开卖蔚来ES9,广告法今晚都对李斌失效了

智能车参考
2026-04-10 11:49:19
【微特稿】美媒曝光多起疑似涉伊朗战事“内幕交易”

【微特稿】美媒曝光多起疑似涉伊朗战事“内幕交易”

新华社
2026-04-10 15:25:30
观察|脆弱休战下的美以伊三方:“嘴炮”不停,备战不止

观察|脆弱休战下的美以伊三方:“嘴炮”不停,备战不止

澎湃新闻
2026-04-10 13:10:26
又打起来了!美国大使馆遇袭,以色列本土被炸,巴基斯坦要发威了

又打起来了!美国大使馆遇袭,以色列本土被炸,巴基斯坦要发威了

策略述
2026-04-10 16:23:16
全红婵群内被骂果断报警!周继红霸气护犊:管你是谁依法办!

全红婵群内被骂果断报警!周继红霸气护犊:管你是谁依法办!

不似少年游
2026-04-09 17:13:43
2026-04-11 00:52:49
热质纳能 incentive-icons
热质纳能
传热、传质、纳米、能源
2603文章数 78关注度
往期回顾 全部

科技要闻

马斯克狂发大火箭也养不起AI 年亏50亿美元

头条要闻

73岁骑友抄近路摔倒身亡 女儿:赔偿问题无法达成共识

头条要闻

73岁骑友抄近路摔倒身亡 女儿:赔偿问题无法达成共识

体育要闻

17岁赚了一百万美元,25岁被CBA裁员

娱乐要闻

黄景瑜王玉雯否认恋情!聚会细节被扒

财经要闻

李强主持召开经济形势专家和企业家座谈会

汽车要闻

搭载第二代刀片电池及闪充技术 腾势N8L闪充版预售35万起

态度原创

时尚
艺术
本地
家居
军事航空

今日热点:陈添祥长文道歉;夏克立曾给前经纪人传上厕所照片……

艺术要闻

深圳顶级海景地段,为啥留下一排“幽灵别墅群”?真相成谜!

本地新闻

12吨巧克力有难,全网化身超级侦探添乱

家居要闻

复古风格 自然简约

军事要闻

特朗普:对美国与伊朗达成和平协议“非常乐观”

无障碍浏览 进入关怀版