Новые законы показывают, как объекты поглощают и излучают свет

Источник «ECONET» / фото - «econet.ua» 27.12.2019 11:19

Исследователи из Принстона обнаружили новые закономерности, регулирующие то, как объекты поглощают и излучают свет. Это даст возможность ученым улучшить контроль над светом и стимулировать исследования в области солнечных и оптических устройств следующего поколения.

Открытие решает давнюю проблему масштаба, когда поведение света при взаимодействии с крошечными объектами нарушает хорошо установленные физические ограничения, наблюдаемые в больших масштабах.

Исследователи из Принстона, возглавляемые Алехандро Родригесом, раскрыли новые правила того, как объекты поглощают и излучают свет. Работа разрешает давнее несоответствие между большими и малыми объектами, объединяя теорию теплового излучения во всех масштабах и усиливая контроль ученых при разработке технологий на основе света.

«Эффекты, которые вы получаете для очень маленьких объектов, отличаются от эффектов, которые вы получаете от очень крупных объектов», - сказал Шон Молески, доктор наук, исследователь 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.

Эта проблема проистекает из известной формы света. Для обычных объектов движение света можно описать прямыми линиями или лучами. Но для микроскопических объектов волновые свойства света выступают основными, и аккуратные правила лучевой оптики нарушаются. Эффекты значительны. В важных современных материалах наблюдения в микронном масштабе показали, что инфракрасный свет излучает в миллионы раз больше энергии на единицу площади, чем предсказывает лучевая оптика.

Новые законы, опубликованные в Physical Review Letters, говорят ученым, сколько инфракрасного света можно ожидать от объекта любого масштаба. Работа расширяет концепцию 19-го века, известную как черное тело. Черные тела являются идеализированными объектами, которые поглощают и излучают свет с максимальной эффективностью.

«Было проведено много исследований, чтобы попытаться понять на практике для данного материала, как можно приблизиться к этим пределам черного тела», - сказал Алехандро Родригес, доцент кафедры электротехники и главный исследователь. «Как мы можем сделать идеальный поглотитель? Идеальный излучатель?»
«Это очень старая проблема, которую многие физики, включая Планка, Эйнштейна и Больцмана, решили на раннем этапе и заложили основы для развития квантовой механики».

Большая часть предыдущей работы показала, что структурирование объектов с наноразмерными характеристиками может улучшить поглощение и излучение, эффективно захватывая фотоны в крошечном зеркальном зале. Но никто не определил фундаментальные пределы возможного, оставляя открытыми основные вопросы о том, как оценить дизайн.

Больше не ограничиваясь методом проб и ошибок, новый уровень контроля позволит инженерам математически оптимизировать проекты для широкого спектра будущих применений. Работа особенно важна в таких технологиях, как солнечные панели, оптические схемы и квантовые компьютеры.

В настоящее время выводы команды относятся к тепловым источникам света, таким как солнце или лампочка накаливания. Но исследователи надеются обобщить работу дальше, чтобы исследовать другие источники света, такие как светодиоды или дуговые лампы.

Новость на сайте «ECONET» / Интересные / 2019-12-27T11:19:00+03:00 / 251

Другие новости / Интересные

Интересные