新的光?台裔物理学家发现超越黑体辐射极限的材料

自19世纪末以来,我们知道所有材料在加热时都会发出可预测波长范围内的光,然而科学家现在发现一种材料,它受热的发光强度似乎超越了黑体辐射极限。

1900年10月19日,德国物理学家马克斯‧普朗克(Max Planck)首度使用数学方法描述辐射定律,并假设能量只能以离散值存在,进而进入量子时代,马克斯也被冠为量子力学创始人。

就像铁放入火中加热后发出红光一样,随着热量升高,材料发出更强辐射,发射光谱峰值也移至更长波长,而按照普朗克定律,宇宙中没有任何物体可以发出比黑体(Black body)更多的辐射。黑体是一个理想化物体,它能够吸收外来的全部电磁辐射,并且不会有任何的反射与透射,随着温度上升,黑体所辐射出来的电磁波与光线称作黑体辐射。

然而现在,新研究第一作者、美国壬色列理工学院(Rensselaer Polytechnic Institute‎,RPI‎)台裔物理学家林尚佑(Shawn-Yu Lin)发现,有一种新材料违反了普朗克定律局限,为基于钨的三维光子晶体(结构与金刚石晶体类似),当加热至600K时,其发光强度是黑体基准的8倍,材料结构显示出约1.7μm的辐射峰值。

新材料能发出类似由激光或发光二极管(LED)产生的同调光(coherent light),但是并不需要复杂昂贵的半导体结构。林尚佑表示,事实上这没有违反普朗克定律,只是产生热量的一种新方法,虽然理论无法完全解释这种现象,但科学家假设光子晶体各层之间的偏移允许光从晶体内部空间射出,发出的光在晶体结构内来回反弹从而改变了光的性能,行为几乎就像人造激光材料。

科学家表示,这种新材料可用于能量收集、军事用红外物体关注识别、大气化学光谱学研究以、激光等领域。新论文发布在《自然科学报告》(Nature Scientific Reports)期刊。

(首图来源:壬色列理工学院)

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