科技日?qǐng)?bào)記者 張佳欣
美國(guó)紐約市立大學(xué)研究人員通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，利用納米技術(shù)構(gòu)建的二維超表面，實(shí)現(xiàn)了對(duì)熱輻射光學(xué)性質(zhì)的精確調(diào)控。這項(xiàng)發(fā)表在新一期《自然·納米技術(shù)》上的成果，為創(chuàng)造前所未有的定制光源鋪平了道路，并將對(duì)一系列科技應(yīng)用產(chǎn)生影響。
熱輻射是一種由物質(zhì)中熱驅(qū)動(dòng)的隨機(jī)波動(dòng)產(chǎn)生的電磁波，本質(zhì)上具有寬帶特性，包含多種顏色。白熾燈泡發(fā)出的光就是一個(gè)很好的例子。此外，熱輻射還是非偏振的，由于其隨機(jī)性而向所有方向擴(kuò)散。這些特性限制了其在需要明確光特性應(yīng)用中的適用性。相比之下，激光則以其明確的頻率、極化和傳播方向而聞名。
超表面提供了一種更實(shí)用的解決方案。它通過(guò)精心設(shè)計(jì)排列在表面的納米柱形狀來(lái)控制電磁波。通過(guò)改變這些結(jié)構(gòu)，研究人員可控制光散射，以可定制的方式“塑造”光。然而，到目前為止，超表面主要被用于控制激光光源，而且需要笨重、昂貴的激發(fā)裝置。
此前研究發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)設(shè)計(jì)的超表面可塑造其產(chǎn)生的熱輻射，賦予其所需的特性，如明確的頻率、定制的偏振，甚至能產(chǎn)生全息圖所需的波前形狀。他們預(yù)測(cè)，不同于傳統(tǒng)超表面，精心設(shè)計(jì)的超表面能以創(chuàng)新的方式同時(shí)產(chǎn)生并精確控制其自身的熱輻射。
研究人員通過(guò)將之前設(shè)想的設(shè)備架構(gòu)簡(jiǎn)化為具有二維圖案的單一結(jié)構(gòu)層，實(shí)現(xiàn)了超表面的制作。這種流線型設(shè)計(jì)使得制造和實(shí)際應(yīng)用變得更加容易。
常規(guī)熱輻射是非偏振的，但該研究旨在賦予其圓偏振特性，即電場(chǎng)以旋轉(zhuǎn)方式振蕩。新設(shè)計(jì)使圓偏振光實(shí)現(xiàn)了單向不對(duì)稱發(fā)射，從而達(dá)到了對(duì)熱輻射的有效控制。
研究人員指出，定制光源在需要便攜性的應(yīng)用（如空間技術(shù)、地質(zhì)學(xué)和生物學(xué)領(lǐng)域的野外研究以及軍事行動(dòng)）中尤其具有吸引力。
