新规则揭示了物体的尺度如何影响其与光的相互作用

普林斯顿大学的研究人员发现了有关物体如何吸收和发射光的规则。他们的发现解决了物体的尺寸如何影响其与光相互作用的方式。新规则将告诉科学家，任何尺度的物体都有望吸收或发射多少红外线（IR）。光线通过普通大小物体的运动可以用直线或射线来描述。但是，在微观物体中，光的波属性会起到主导作用，光线光学的规则也就会被打破，这有着非常重要的影响。当以微米级观察时，某些材料显示出单位面积红外光辐射的能量比使用射线光学器件时的能量高出数百万倍。研究人员肖恩·莫尔斯基（Sean Molesky）说：“对于很小的物体，所得到的效果不同于从很大的物体上所得到的效果。”

由亚历杭德罗·罗德里格斯（Alejandro Rodriguez）领衔的普林斯顿研究团队发现了有关物体吸收和发射光的新规则。这项工作解决了大型物体与小型物体之间长期存在的差异，统一了所有尺度的热辐射理论，并增强了科学家对使用光基技术设计的控制。 由凯西·霍纳（Casey Horner）提供。

普林斯顿大学的研究小组使用19世纪的黑体概念-一种可以最大效率吸收和发射光的物体-帮助他们揭示物体如何根据尺度与光发生不同的相互作用。Alejandro Rodriguez教授说：“已经做了很多研究，试图在实践中了解给定的材料，如何才能达到这些黑体极限。” “我们如何才能制造出完美的吸收体？完美的发射器？”先前的研究表明，构造具有纳米级特征的物体可以增强吸收和发射，有效地将光子捕获在一个很小的镜子大厅中。但是直到现在，还没有人定义吸收和发射的基本极限，有关如何评估设计的重要问题尚未得到解答。

研究人员得出了任意结构物体的角度积分吸收和热辐射的基本每通道界限。他们表明，界限正确地捕获了物理观察到的从深亚波长物体（纳米粒子半径或薄膜厚度）中吸收率的体积缩放到射线光学器件（黑体极限）中吸收率的面积缩放物理过渡。规则提供的新的控制级别可以帮助工程师在数学上优化设计，以适应各种应用。该研究对于太阳能电池板、光路和量子计算机等技术可能特别有用。目前，研究小组的发现仅针对热光源，例如太阳或白炽灯泡。研究人员希望将他们的工作推广到其他光源，从LED到萤火虫再到电弧。