En ny lov for metamaterialer

Metamaterialer, som er konstrueret til at have ejendomme, der ikke findes i naturen, er længe blevet udviklet og undersøgt på grund af deres unikke funktioner og spændende applikationer. Imidlertid, fysikken bag deres termiske emissionsegenskaber er forblevet uklare for forskere - indtil nu.

I et papir udgivet i Fysisk gennemgangsbreve , Sheng Shen, en lektor i Carnegie Mellons afdeling for maskinteknik, og hans elev Jiayu Li, en ph.d. kandidat, har oprettet en ny skala lov til at beskrive den termiske emission fra metasoverflader og metamaterialer.

"Med denne nye skalalov, der afdækker den underliggende fysik bag metamaterialers kollektive termiske emissionsadfærd, forskere kan let anvende eksisterende design- og optimeringsværktøjer til at opnå ønskede termiske emissionsegenskaber fra metamaterialer, i stedet for blindt at søge efter den bedste løsning ved at kortlægge hele designrummet, "Sagde Li.

Termisk emission refererer til den type lys et materiale udsender. For eksempel, mennesker udsender infrarødt lys, mens glødende varmt metal udsender synligt lys. Generelt, termisk emission afhænger af objektets temperatur og sammensætning. Metasoverflader, imidlertid, afvige fra vores klassiske forståelse af termisk emission på grund af deres unikke sub-bølgelængde struktur.

Virkningen af ​​Shen og Li's nye skalalov vil ses på mange områder, herunder elektroteknik, optoelektronik, materialevidenskab, og termisk teknik. Anvendelser af metamaterialer omfatter høstning af solenergi, optiske filtre, og termisk camouflage.

"På CMU, vi anvender denne nye skalalov til at designe nye metamaterialebaserede termiske infrarøde enheder til en række forskellige applikationer, herunder infrarød signaturstyring, infrarød sansning, termisk styring, og termisk energiomsætning, "Sagde Shen.

Papiret, med titlen "Scale Law of Far-Field Thermal Radiation from Plasmonic Metasurfaces, "blev offentliggjort i Fysisk gennemgangsbreve i marts 2020. Ph.D. kandidat Bowen Yu var en ekstra forfatter.