新的光?台裔物理學家發現超越黑體輻射極限的材料

作者 | 發布日期 2020 年 03 月 24 日 13:26 | 分類 尖端科技 , 材料 follow us in feedly


自 19 世紀末以來,我們知道所有材料在加熱時都會發出可預測波長範圍內的光,然而科學家現在發現一種材料,它受熱時的發光強度似乎超越了黑體輻射極限。

1900 年 10 月 19 日,德國物理學家馬克斯‧普朗克(Max Planck)首度使用數學方法描述輻射定律,並假設能量只能以離散值存在,進而進入量子時代,馬克斯也被冠為量子力學創始人。

就像鐵放入火中加熱後發出紅光一樣,隨著熱量升高,材料發出更強輻射,發射光譜峰值也移至更短波長,而按照普朗克定律,宇宙中沒有任何物體可以發出比黑體(Black body)更多的輻射。黑體是一個理想化物體,它能夠吸收外來的全部電磁輻射,並且不會有任何的反射與透射,隨著溫度上升,黑體所輻射出來的電磁波與光線稱做黑體輻射。

然而現在,新研究第一作者、美國壬色列理工學院(Rensselaer Polytechnic Institute‎,RPI‎)台裔物理學家林尚佑(Shawn-Yu Lin)發現,有一種新材料違反了普朗克定律侷限,為基於鎢的三維光子晶體(結構與金剛石晶體類似),當加熱至 600K 時,其發光強度是黑體基準的 8 倍,材料結構顯示出約 1.7μm 的輻射峰值。

新材料能發出類似由雷射或發光二極體(LED)產生的同調光(coherent light),但是並不需要複雜昂貴的半導體結構。林尚佑表示,事實上這沒有違反普朗克定律,只是產生熱量的一種新方法,雖然理論無法完全解釋這種現象,但科學家假設光子晶體各層之間的偏移允許光從晶體內部空間射出,發出的光在晶體結構內來回反彈從而改變了光的性能,行為幾乎就像人造雷射材料。

科學家表示,這種新材料可用於能量收集、軍事用紅外物體追蹤識別、大氣化學光譜學研究以、雷射等領域。新論文發表在《自然科學報告》(Nature Scientific Reports)期刊。

(首圖來源:壬色列理工學院