在此，美國密西根大學Nicholas A. Kotov院士和魯俊博士等人發現與其他手性發射器不同，這些黑體發射器沒有振動態限制，并且能夠實現高亮度。自具有扭曲幾何結構的納米碳或金屬納米結構絲的BBR在500至3000納米范圍內具有強烈的橢圓偏振性，這些絲的亞微米尺度手性滿足了漲落–耗散定理所施加的維度要求，并需要根據基爾霍夫定律在吸收率和發射率之間打破對稱性。
相關文章以“Bright, circularly polarized black-body radiation from twisted nanocarbon filaments”為題發表在Science上，這也是魯俊博士四年內刊發的第四篇正刊！
研究背景納米結構材料可以被設計成賦予傳播光子強烈的橢圓偏振性。納米尺度光子學的快速發展以及手性光和電致發光材料導致了源極圓偏振光（CPL）發射器的發展。然而，合成能夠發射高強度和強偏振光的手性分子、聚合物和晶體一直是一個挑戰。在可見波長方面已經取得了進展，但這些材料通常依賴于稀土金屬，引發了可持續性問題。對于在800納米和1550納米水透明窗口運行的近紅外（NIR）設備，需要強大的CPL發射器用于新興的電信設備、加密網絡、空間通信、機器人視覺系統、量子光學計算、個性化生物醫學技術和生物聚合物傳感器。然而，近紅外躍遷典型的振動電子態的接近程度大大加速了激發衰減，阻止了高亮度和偏振各向異性的實現。此外，基于低帶隙半導體的近紅外CPL發射器，如硒化鎘，面臨額外的挑戰，包括易氧化。克服這些限制需要對手性材料的創新方法，這些材料能夠發射光子。光發射各向異性因子，如glum（表征發光的橢圓偏振性）及其對應物gem（em，發射），量化了發光和散射的累積效應，是CPL材料的關鍵指標。盡管稀土配合物表現出高glum值（0.1到1之間），源于與f電子態的大自旋–軌道耦合，但地球含量豐富的材料的典型各向異性因子值在10-5到10-2之間。用于可見光發射設備需要gem值在0.1到1.9之間。相比之下，針對近紅外區域應用的材料表現出更小的gem值和發光量子產率。快速的熱弛豫率和嚴格的對稱性限制加劇了這個問題，通常使它們不活躍于CPL。空中亮度是手性材料和CPL發射器的另一個關鍵參數，盡管等離子體納米結構提供了有希望的光學偏振，但它們與高光學損失相關。它們在可見區域的典型亮度值在10-7到10-2?W/cm2之間，近紅外CPL發射器的可比數據尚未報告。研究內容黑體輻射（BBR）提供了一個替代方案，以應對緊密間隔的振動電子態帶來的挑戰。根據普朗克定律，所有量子態，即使是那些由亞電子伏特間隙分隔的態，都是BBR活躍的。然而，同一定律并沒有考慮偏振效應，認為它們微不足道，這對于通常在這一法律框架內考慮的大球形體來說是正確的。此外，漲落–耗散定理特別禁止從二維（2D）發射器產生圓偏振BBR（CP-BBR），這是一種常用于發光設備和先前CPL發射器實現的幾何形狀。本文假設3D扭曲絲可能作為強大的CPL活躍BBR發射器，其在納米和亞微米尺度上的總體鏡像不對稱性，而不是量子態的不對稱性，將決定熱輻射的圓偏振。研究顯示，由碳納米管（CNT）紗線組成的扭曲絲以及扭曲的鎢絲，產生跨越可見光、近紅外和中紅外范圍的CPL，具有非凡的亮度和高gem值。絲的螺旋幾何形狀、制造的簡單性以及它們電控發射最大值的可調性，使得基于BBR的CPL發射器可調諧。圖1：扭曲絲的圓偏振BBR。圖2：圓偏振黑體輻射（CP-BBR）的角分布。圖3：通過幾何參數調節圓偏振的可調性。圖4：具有CP-BBR的超高溫度復合材料。總的來說，本文設計并實現了具有高亮度和強烈的偏振旋轉的發射器，這些發射器覆蓋了從可見光、近紅外到紅外光譜的部分，利用了由黑體亞微米級手性決定的吸收率相等性。研究顯示，經過徹底驗證的圓偏振黑體輻射（CP-BBR）機制，導致了光譜特性的高可預測性以及圓偏振黑體輻射發射器的工程簡單性。將扭曲的絲與陶瓷納米顆粒燒結，為一系列手性碳–陶瓷復合材料打開了大門。這些材料能夠為廣泛的高溫物體賦予圓偏振光（CPL）發射率，并為極端條件下的CPL發射器提供了一個材料平臺，這是當前手性材料無法達到的。文獻信息Jun Lu, Hong Ju Jung, Ji-Young Kim, Nicholas A. Kotov*,?Bright, circularly polarized black-body radiation from twisted nanocarbon filaments, Science,
