Создан материал, излучающий узкий спектр света при нагревании

Сотрудники Политехнического института Ренсселера создали материал, который способен при нагревании испускать свет, похожий на генерируемый светодиодами и лазерами. Свою статью ученые опубликовали в журнале Scientific Reports.

В 1900 году Макс Планк впервые математически описал структуру излучения и предположил, что энергия света может иметь только дискретные значения. В соответствии с законом Планка, наибольшую энергию излучения имеет объект, который идеально его поглощает — «абсолютно черное тело». Все мы знаем, что при нагревании до высоких температур многие предметы, зачастую созданные из металла или керамики, способны испускать излучение в видимом спектре. На самом деле при повышении температуры характерный для материала тела спектр просто меняется — его длины волн смещаются в более длинноволновый диапазон.

Авторы новой работы создали материал, способный при нагреве генерировать излучение, диапазон которого выходит за пределы закона Планка. Однако, по словам ученых, этот закон никак не нарушается. Просто новое соединение имеет другой принцип генерации теплового излучения. Его использование в реальных применениях позволит снизить энергозатраты на создание излучения нужного спектра.

Физики Политехнического института Ренсселера синтезировали трехмерный вольфрамовый фотонный кристалл — материал, который может управлять свойствами фотона, — с шестью смещенными слоями. Его кристаллическая структура похожа на алмазную, а сам материал также имеет оптический резонатор, который дополнительно сужает спектр излучения. Сам фотонный кристалл сжимает испускаемый спектр света до диапазона около одного микрометра. Резонатор же позволяет сузить это значение до 0,07 микрометра.

Тестируя новый материал, ученые разместили его на кремниевой подложке бок о бок с черным телом, созданным из углеродных нанотрубок. В эксперименте авторы нагревали материалы до 600 К и замеряли спектр испускаемого ими излучения. Оказалось, что пик эмиссии приходится на длину волны в 1,7 микрометра, соответствующей инфракрасному диапазону. При этом интенсивность такого излучения в восемь раз выше, чем у черного тела.

Хотя существующая теория еще не до конца способна описать наблюдаемые явления, ученые предполагают, что они связаны со смещением слоев фотонного кристалла и позволяют свету выходить из многих пространств внутри его структуры. Фотоны отскакивают от большого количества препятствий в кристаллической структуре материала и меняют свои характеристики.

Новый материал может быть использован в таких областях, как сбор энергии, отслеживание и идентификация военных объектов на основе инфракрасного излучения, производство высокоэффективных оптических источников в инфракрасном диапазоне. Также он найдет применение в ИК-спектроскопии и оптике в качестве компонента инфракрасного лазера.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.