4年4篇正刊!他师从「两院院士」吉大校友
时间:2025-02-13 14:22来源:未知 作者:未知 点击:

  普朗克定律忽略了但并不禁止黑体辐射(BBR)具有圆偏振特性。在加热时,机械扭曲至亚微米尺度手性的碳纳米管纱线或钨丝可以产生从可见光到中红外波长的圆偏振光。

  鲁俊,密西根大学博士后,专注于手性纳米材料、自组装、纳米粒子光物理等研究。2017年博士毕业于吉林大学化学学院超分子结构与材料国家重点实验室,后从事博士后研究,导师:刘堃教授;2019年至今于密西根大学从事博士后研究,合作导师:Nicholas A. Kotov院士。鲁俊博士将于2025年3月加入新加坡国立大学 (NUS) 化学系和物理系,担任校长青年教授(Presidential Young Professor)。

  作者们在此研究中发现,与其他手性发射器不同,这些黑体发射器没有振动态限制,并且能够实现高亮度。自具有扭曲几何结构的纳米碳或金属纳米结构丝的BBR在500至3000纳米范围内具有强烈的椭圆偏振性,这些丝的亚微米尺度手性满足了涨落-耗散定理所施加的维度要求,并需要根据基尔霍夫定律在吸收率和发射率之间打破对称性。

  结果显示,BBR显示出的发射各向异性和亮度超过了传统手性光发射体的10~100倍。这些丝的螺旋结构允许对手性发射进行精确的光谱调节,可以使用电磁原理和手性度量来建模。同时,将纳米碳丝封装在折射性陶瓷中,可以产生高效、可调谐且耐用的手性发射器,能够在以前认为难以达到的极端温度下工作。

  黑体辐射(BBR)提供了一个替代方案,以应对紧密间隔的振动电子态带来的挑战。根据普朗克定律,所有量子态,即使是那些由亚电子伏特间隙分隔的态,都是BBR活跃的。然而,同一定律并没有考虑偏振效应,认为它们微不足道,这对于通常在这一法律框架内考虑的大球形体来说是正确的。此外,涨落-耗散定理特别禁止从二维(2D)发射器产生圆偏振BBR(CP-BBR),这是一种常用于发光设备和先前CPL发射器实现的几何形状。本文假设3D扭曲丝可能作为强大的CPL活跃BBR发射器,其在纳米和亚微米尺度上的总体镜像不对称性,而不是量子态的不对称性,将决定热辐射的圆偏振。研究显示,由碳纳米管(CNT)纱线组成的扭曲丝以及扭曲的钨丝,产生跨越可见光、近红外和中红外范围的CPL,具有非凡的亮度和高gem值。丝的螺旋几何形状、制造的简单性以及它们电控发射最大值的可调性,使得基于BBR的CPL发射器可调谐。

  总的来说,本文设计并实现了具有高亮度和强烈的偏振旋转的发射器,这些发射器覆盖了从可见光、近红外到红外光谱的部分,利用了由黑体亚微米级手性决定的吸收率相等性。研究显示,经过彻底验证的圆偏振黑体辐射(CP-BBR)机制,导致了光谱特性的高可预测性以及圆偏振黑体辐射发射器的工程简单性。将扭曲的丝与陶瓷纳米颗粒烧结,为一系列手性碳-陶瓷复合材料打开了大门。这些材料能够为广泛的高温物体赋予圆偏振光(CPL)发射率,并为极端条件下的CPL发射器提供了一个材料平台,这是当前手性材料无法达到的。

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