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工程師創造了可調的 納米級的白熾燈光源

萊斯大學的一個工程實驗室正在閃耀著可能被視為世界上最小的白熾燈泡的光輝,它有望在傳感,光子學以及也許在硅平臺之外的計算平臺方面取得進步。

賴斯布朗工程學院的Gururaj Naik和研究生Chloe Doiron組裝了非常規的“選擇性熱輻射器”,即收集熱量和發光的近納米材料的集合。

他們的研究發表在《先進材料》上,該論文是該實驗室開發的一項最新技術,該技術使用碳納米管從中紅外輻射中傳導熱量,以提高太陽能系統的效率。

新策略將幾種已知現象組合成一個獨特的配置,該配置也將熱量轉化為光,但是在這種情況下,系統是高度可配置的。

Naik說,基本上,研究人員通過將一個元素系統(燈泡中的發光燈絲)分解成兩個或多個子單元來制造白熾燈光源。混合和匹配子單元可以為系統提供多種功能。

電氣與計算機工程學助理教授奈克說:“以前的論文都是關于提高太陽能電池的效率。” “這次,突破不是科學上的應用,而是科學上的突破。從根本上說,我們的目標是構建具有特定特性的納米級熱光源,例如以特定波長發射或發射極亮或新的熱光狀態。

他說:“以前,人們認為光源只是一個元素,并試圖從中獲得最大的收益。” “但是我們將光源分解為許多微小的元素。我們將子元素以相互影響的方式組合在一起。一個元素可以提供亮度;下一個元素可以進行調整以提供波長特異性。許多小零件。

納伊克說:“我們的想法是依靠集體行為,而不僅僅是一個要素。” “將細絲分割成許多小塊,使我們可以更自由地設計功能。”

該系統依賴于非赫米特物理學,這是一種描述“開放”系統的量子力學方法,該系統消散能量(在這種情況下為熱量)而不是保留能量。在他們的實驗中,Naik和Doiron結合了兩種接近納米級的無源振蕩器,它們在加熱到約700攝氏度時會電磁耦合。Naik說,當金屬振蕩器發出熱光時,它觸發了耦合的硅片存儲光并以所需的方式釋放。

Doiron說,可以通過阻尼有損諧振器或通過控制諧振器之間的第三元件的耦合程度來控制發光諧振器的輸出。她說:“亮度和選擇性之間存在權衡。” “半導體為您提供高選擇性但低亮度,而金屬為您提供非常明亮的發射但低選擇性。僅通過耦合這些元素,我們就可以兼顧兩者。”

內克說:“潛在的科學影響是我們不僅可以用兩個要素來做到這一點,而且可以用更多的要素來做到這一點。” “物理學不會改變。”

他指出,盡管商用白熾燈泡因其能效已被LED取代,但白熾燈仍然是產生紅外光的唯一實用手段。Naik說:“紅外檢測和傳感都依賴于這些來源。” “我們創造的是一種構建明亮,定向并發出特定狀態和特定波長(包括紅外線)的光的新方法。”

他說,傳感的機會在于系統的“異常點”。

Naik說:“由于我們如何耦合這兩個諧振器,因此存在光學相變。” “發生這種情況的地方被稱為例外點,因為它對周圍的任何擾動都異常敏感。這使得這些設備適合于傳感器。有些傳感器具有微米級光學器件,但是在采用納米光子學的設備中卻沒有任何顯示。”

對于下一代經典計算而言,機會也可能很大。Naik說:“國際半導體技術路線圖(ITRS)了解到半導體技術已經達到飽和,他們正在考慮下一代開關將取代硅晶體管。” “ ITRS預測它將是一個光開關,并且像我們在這里一樣,它將使用奇偶校驗時間對稱性的概念,因為該開關必須是單向的。它以我們想要的方向發送光,并且沒有光返回就像是用來代替光的二極管。”

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