Исследователи из Университета Пердью сделали новаторское открытие в области теплового излучения, открыв новый метод контролируемого и эффективного создания вращающегося теплового излучения с использованием искусственно структурированных поверхностей, известных как метаповерхности.
Команда, возглавляемая Зубином Джейкобом, адъюнкт-профессором электротехники и вычислительной техники Purdue в Элморе, опубликовала результаты в журнале Science Advances под названием «Наблюдение неисчезающей оптической спиральности в тепловом излучении от метаповерхностей с нарушенной симметрией».
Тепловое излучение , которое возникает из-за случайных колебаний в материалах, традиционно считается некогерентным сигналом. Большинство обычных тепловых излучателей демонстрируют круговую поляризацию излучаемого тепла от слабой до нулевой. Удивительно, но тепловое излучение, достигающее Земли от многих астрономических объектов , обладает значительной круговой поляризацией. Это интригующее явление приводит к открытию сильных магнитных полей в некоторых сконденсированных звездах, предлагает объяснение загадок о ранней Вселенной и даже дает возможные признаки жизни.
«Вращающееся тепловое излучение крайне редко встречается в природе и встречается только у некоторых конденсированных звезд», — сказал Джейкоб. «Наша работа предлагает новый способ генерации этого типа излучения, который может быть использован в различных приложениях, включая тепловидение и связь».
Исследователи обнаружили, что, используя метаповерхность, состоящую из массива F-образных структур, они смогли генерировать преимущественно левостороннее тепловое излучение с круговой поляризацией во всех направлениях, что впервые привело к неисчезающей оптической спиральности.
Команда достигла 39% фундаментального предела оптической спиральности благодаря своей конструкции, а также показала, что характеристики испускаемых тепловых фотонов могут быть адаптированы к симметрии метаповерхности, демонстрируя эффективный контроль над тепловым излучением в его различных свойствах.
«Это исследование может иметь важные последствия для понимания вездесущего явления теплового излучения и для разработки новых технологий», — сказал Джейкоб. Потенциальные применения включают использование метаповерхности в качестве широкоугольного узкополосного источника среднего инфракрасного излучения с круговой поляризацией для оптического обнаружения газа и инфракрасного изображения. Кроме того, уникальные спектральные, пространственные и вращательные характеристики искусственного теплового излучения могут использоваться в качестве пассивных инфракрасных маяков на открытом воздухе, что делает их полезными в технологии дистанционного зондирования.
«Мы чрезвычайно взволнованы потенциалом этого открытия», — говорит доктор философии. студент Сюэцзи Ван. «Это не только углубляет наше понимание теплового излучения, но и открывает новые возможности для технологических достижений в различных областях».
