2019-10-25

近场热辐射是指两个不同温度的物体，在两物体间距小于热德布罗意波长时，从高温物体辐射到低温物体的过程。在近场，由于倏逝波及其诱导的表面模式的参与，为近场能量传输提供了新的渠道，使得其能量传输有望突破传统的普朗克黑体辐射极限。本课题组制备了石墨烯/非晶石英异质结构的辐射体和吸收体，利用石墨烯的表面等离子体模式（surface plasmon polaritons, SPPs）和非晶石英的表面声子模式（surface phonon polaritons, SPhPs）的相互耦合，大幅度地增加了两个物体间的近场光子隧穿率，并采用三维高精度纳米位移/偏转系统，实现了物体间距从170 nm到1200 nm的近场热辐射测量。课题组成功地在实验上突破黑体辐射极限64倍（国际上其他小组在相类似的间距下仅达到10~28倍），创立了百纳米量级的近场热辐射的国际纪录。有望应用于近场热光伏系统、近场热成像等应用研究。相关工作最近发表在国际期刊Nano Letters （影响因子：12.3）上【“Colossal enhancement of near-field thermal radiation across hundreds of nanometers between millimeter-scale plates through surface plasmon and phonon polaritons coupling”, Nano Letters， vol. 19, 8082-8088, 2019】。文章的第一作者为浙大博士生史可樟，共同第一作者为华师硕士生孙勇成，通讯作者为何赛灵教授。文章链接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.9b03269

图1：近场热辐射测量装置及样品示意图

图2 两个石墨烯/非晶石英异质结构的近场热辐射能量测量，测量间距为170 nm至1200 nm