研究人员设计了控制热排放的新方法

曼彻斯特大学国家石墨烯研究所领导了一个国际团队，设计了一种控制热排放的新方法，这在《科学》杂志上发表的一篇论文中有详细介绍。这一突破提供了超越传统材料的新设计策略，对热管理和伪装技术具有很好的意义

该国际团队还包括宾夕法尼亚州立工程学院、土耳其科克大学和奥地利维也纳理工大学，他们开发了一种独特的界面，可以定位具有不同几何特性的两个表面的热排放，创造出一个“完美”的热发射器。该平台可以以单位发射率从特定的、包含的发射区域发射热光

曼彻斯特大学2D器件材料教授Coskun Kocabas教授解释道，“我们已经使用拓扑（研究几何物体性质的数学分支）和非埃尔米特光子学的概念展示了一类新的热器件，非埃尔米特光子学是研究光及其在存在损耗、光学增益和某些对称性的情况下与物质相互作用的一个蓬勃发展的研究领域。”

该团队表示，这项工作可以推进热光子应用，以更好地产生、控制和检测热发射。宾夕法尼亚州立大学工程科学与力学教授、合著者萨欣·奥兹德米尔教授表示，这项工作的一个应用可能是在卫星上

面对大量暴露在热和光下的情况，配备接口的卫星可以沿着研究人员设计的特别指定区域发射单位发射率的吸收辐射，该区域非常狭窄，形状可以是任何必要的形状

Ozdemir表示，然而，要达到这一点并非易事。他解释说，问题的一部分是只在界面处创建一个完美的吸热器发射器，而形成界面的其他结构保持“冷”，这意味着没有吸收也没有发射

Ozdemir说：“建造一个完美的吸收发射器——一个完美吸收所有入射辐射的黑体——被证明是一项艰巨的任务。”

然而，该团队发现，通过将光捕获在由部分反射的第一反射镜和完全反射的第二反射镜形成的光学腔中，可以以所需的频率构建一个：从第一反射镜部分反射的入射光和仅在捕获在两个反射镜之间后才反射的光完全相互抵消。在反射被完全抑制的情况下，光束被捕获在系统中，被完全吸收，并以热辐射的形式发射

为了实现这样的界面，研究人员开发了一个空腔，该空腔堆叠有一层可以完全反射入射光的厚金层和一层可以部分反射入射光线的薄铂层。铂层还起到宽带热吸收发射器的作用。在两个反射镜之间是一种称为聚对二甲苯的透明电介质。

研究人员可以根据需要调整铂层的厚度，以诱导入射光被捕获在系统中并被完全吸收的临界耦合条件，或者将系统从临界耦合移到亚临界或超临界耦合，在亚临界或超级临界耦合中无法进行完全吸收和发射

“只有通过在同一介电层上缝合厚度小于或大于临界厚度的两个铂层，我们才能创建两个腔的拓扑界面，从而限制完美的吸收和发射。关键是形成界面的腔不处于临界耦合条件下，”第一作者、曼彻斯特大学研究助理M.said Ergoktas说。建立用于控制辐射的拓扑系统的方法对于科学家和工程师来说是容易获得的

Kocabas说：“这可以很简单，只需创建一个薄膜，将其分为两个不同厚度的区域，使一侧满足亚临界耦合，另一侧处于超临界耦合状态，将系统分为两种不同的拓扑类别。”

宾夕法尼亚州立大学博士后学者、合著者Ali Kecebas表示，所实现的界面表现出完美的热发射率，受到反射拓扑的保护，并“对局部扰动和缺陷表现出鲁棒性”

该团队通过实验和数值模拟证实了该系统的拓扑特征及其与众所周知的非埃尔米特物理的联系及其被称为异常点的光谱退化

“这只是使用非埃尔米特拓扑在热域中可以做什么的一瞥。需要进一步探索的一件事是观察我们的理论和数值模拟预测的界面上的两种反向传播模式，”Kocabas说