伦斯勒理工学院 先进的“超普朗克”材料在加热时显示出类似发光二极管的光
学分:伦斯勒理工学院 宇宙中会有一种新的光吗？自19世纪晚期以来，科学家们已经了解到，当被加热时，所有的材料都会发射出波长在可预测范围内的光
今天发表在《自然科学报告》上的一项研究表明，一种材料受热时会发光，这似乎超过了自然法则设定的限度
1900年，马克斯·普朗克首次用数学方法描述了辐射模式，并以能量只能以离散值存在的假设迎来了量子时代
就像壁炉拨火棒发出炽热的红光一样，热量的增加会导致所有物质发出更强烈的辐射，随着热量的增加，发射光谱的峰值会向更短的波长移动
根据普朗克定律，没有什么能比一个完美吸收能量的假想物体，即所谓的“黑体”，发出更多的辐射
" 第一作者、伦斯勒理工学院物理学教授肖恩·林玉发现了这种新材料，它突破了普朗克定律的限制，发出了类似于激光或发光二极管产生的相干光，但没有产生这些技术的受激发射所需的昂贵结构
除了刚刚发表在《自然科学报告》上的光谱学研究，林之前还在《电气和电子工程师协会光子学杂志》上发表了一项成像研究
两者都显示辐射峰值约为1
7微米，这是电磁波谱的近红外部分
“这两篇论文为‘超普朗克’远场辐射提供了最有说服力的证据，”林说
“这不违反普朗克定律
这是一种产生热辐射的新方法，一种新的基本原理
这种材料和它所代表的方法，为实现热光电和高效能源应用的超高强度、可调谐类发光二极管红外发射器开辟了一条新的途径
" 为了他的研究，林建造了一个三维钨光子晶体——一种可以控制光子性质的材料——有六个偏移层，结构类似于金刚石晶体，顶部有一个光学腔，可以进一步细化光
光子晶体将材料发出的光谱缩小到大约1微米的范围
空腔继续将能量挤压到大约0
07微米
自从林在2002年创造了第一个全金属光子晶体以来，他已经为建立这一进展工作了17年，这两篇论文代表了他所进行的最严格的测试
“实验上，这是非常可靠的，作为一个实验主义者，我袖手旁观我的数据
从理论的角度来看，还没有人有一个理论来完全解释我的发现，”林说
在成像和光谱学研究中，林准备了他的样品和黑体对照——在材料顶部的垂直排列的纳米管涂层——并排在一块sil icon基底上，消除了测试样品和对照之间可能危及结果的变化的可能性
在实验真空室中，样品和对照被加热到600开氏度，大约620华氏度
在《自然科学报告》中，当红外光谱仪的光圈从充满黑体的视角移动到其中一种材料时，林展示了在五个位置进行的光谱分析
峰值发射强度是黑体参考强度的8倍，出现在1
7微米
《电气和电子工程师协会光子学杂志》论文展示了用近红外传统电荷耦合器件拍摄的图像，这种相机可以捕捉材料的预期辐射发射
最近一项不相关的研究表明，在距离样品不到两个热波长的地方也有类似的效果，但是当从30厘米的距离(大约200，000个波长)测量时，林的材料是第一个显示超普朗克辐射的材料，结果显示光已经完全从材料表面逃逸
虽然理论没有完全解释这个效应，林假设光子晶体各层之间的偏移允许光从晶体内部的许多空间射出
发射的光在晶体结构的范围内来回反射，当光传播到表面与光学腔相遇时，会改变光的性质
“我们相信光来自晶体内部，但是晶体内部有太多的平面，太多的表面作为振荡器，太多的激励，它的行为几乎就像一种人造激光材料，”林说
“它只是不是一个传统的表面
" 这种新材料可用于能量收集、军用红外目标跟踪和识别、产生由废热或局部加热器驱动的高效红外光源、需要红外环境和大气及化学光谱学的研究，以及作为类似激光的热发射器的光学物理学
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