Новые законы показывают, как объекты поглощают и излучают свет

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.

Исследования света

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. опубликовано econet.ru по материалам sciencenews.org

Подписывайтесь на наш youtube канал!

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet