再次突破!何赛灵教授课题组在数十纳米间距下,将近场热辐射增强的国际最佳水平提升1个数量级 - Centre for Optical and Electromagnetic Research of Zhejiang University 


     
     
     
     
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再次突破!何赛灵教授课题组在数十纳米间距下,将近场热辐射增强的国际最佳水平提升1个数量级

2021-10-24

电磁波诱导的集体电子、声子共振现象如表面等离激元、表面声子极化激元在诸多纳米科学领域起到关键作用。表面等离激元和声子极化激元的激发可获得巨大的近场热辐射增强,拓扑激元激发,极化激元的操纵和其他奇异的纳米尺度现象。经典物理学预言,完美的热辐射体工作在普朗克黑体极限。而在过去的十年里,许多近场热辐射的实验已经证明,表面声子极化激元可使得两物体间的热辐射能量在~ 50 nm的间隙距离上,高于黑体极限两个数量级(约100倍)。然而,要将近场热辐射能量进一步增强至三个数量级,需要将两个物体的间距缩小,甚至到20 nm及以下。如何在更大的间距下,突破黑体辐射极限三个或更高的数量级,对微纳光学、微纳尺度传热的理论和实验研究都具有重要的意义。

为此,本课题组设计了石墨烯/SU8五层异质结构,利用石墨烯的费米能级随外电场的可调性,在期望的中远红外波段内构造多重表面等离激元耦合,使得两个五层异质结构在间距55 nm处,产生巨大的近场热辐射能量,突破黑体辐射极限约1129倍,将现有的国际最佳水平提升约1个数量级。该巨大的热辐射能量,将激励石墨烯基的近场热辐射器件的进一步探索、技术开发、新材料和结构的设计,对芯片冷却、可调控近场热信号处理、近场热光伏系统等具有重要的研究意义。相关工作以“Optimized colossal near-field thermal radiation enabled by manipulating coupled plasmon polariton geometry”为题,发表在Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.202106097)上(影响因子 > 30)。浙江大学光电学院博士后史可樟、华南师范大学硕士生陈肇扬为论文的共同一作,何赛灵教授为论文的通讯作者。文章链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202106097

图1. (a)结构示意图及样品实物图;(b)近场热辐射实验测量装置;(c)-(d)石墨烯费米能级为-0.36 eV和-0.11 eV时对应的光子隧穿概率图;(e)石墨烯/SU8五层异质结构的近场热辐射测量结果;(f)所测的热辐射通量相比于黑体辐射极限的比值;

 
 
 
 
     

 

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