密歇根大學的科學家表示，由於具有扭曲幾何形狀的納米結構燈絲，可以產生明亮的扭曲光。
普朗克定律忽略但不禁止黑體輻射 (BBR) 的圓偏振。由具有納米碳或金屬扭曲幾何形狀的納米結構細絲製成的 BBR 具有 500 至 3000 納米的強橢圓度。這些細絲的亞微米級手性滿足漲落耗散定理所施加的維度要求，並且根據基爾霍夫定律要求吸收率和發射率對稱破缺。由此產生的 BBR 顯示出發射各向異性和亮度超過傳統手性光子發射器 10 到 100 倍。圖片來源：Lu等人., doi: 10.1126/science.adq4068。
“用電子或光子發光等傳統方式產生扭曲光時很難產生足夠的亮度，”密歇根大學研究員Jun Lu博士說。
“我們逐漸注意到，我們實際上有一種非常古老的方法來產生這些光子——不依賴光子和電子激發，而是像愛迪生開發的燈泡一樣。”
“每個有熱量的物體，包括你自己，都會不斷地發出與其溫度相關的光譜中的光子。”
“當物體與其周圍環境的溫度相同時，它也會吸收等量的光子——這被理想化為黑體輻射，因為黑色吸收所有光子頻率。”
雖然鎢絲燈泡的燈絲比周圍環境溫暖得多，但定義黑體輻射的定律（普朗克定律）提供了對其發出的光子光譜的良好近似。
總的來說，可見光子看起來像白光，但是當你讓光穿過棱鏡時，你可以看到其中不同光子的彩虹。
這種輻射也是為什麼你在熱圖像中顯得明亮的原因，但即使是室溫物體也會不斷發射和接收黑體光子，使它們也變得模糊可見。
通常，發射輻射的物體的形狀不會得到太多考慮——對於大多數目的，可以將物體想像成一個球體。
但是，雖然形狀不會影響不同光子的波長光譜，但它會影響不同的特性：它們的偏振。
通常，來自黑體源的光子是隨機偏振的——它們的波可能沿著任何軸振盪。
這項新研究表明，如果發射器在微米或納米尺度上扭曲，每次扭曲的長度與發射光的波長相似，那麼黑體輻射也會扭曲。
光扭曲的強度或其橢圓偏振取決於兩個主要因素：光子的波長與每次扭曲的長度的接近程度以及材料（在本例中為納米碳或金屬）的電子特性。
扭曲光也被稱為“手性”，因為順時針和逆時針旋轉是彼此的鏡像。
這項研究的目的是證明密歇根團隊想要開展的一個更具應用性的項目的前提：使用手性黑體輻射來識別物體。
他們設想機器人和自動駕駛汽車能夠像螳螂蝦一樣看到東西，區分不同旋轉方向和扭曲程度的光波。
“手性納米結構黑體輻射物理學的進步是這項研究的核心。這樣的發射器在我們周圍無處不在，”密歇根大學教授尼古拉斯·科托夫說。
“例如，這些發現對於自動駕駛汽車區分鹿和人類來說可能很重要，鹿和人類發出的光具有相似的波長但不同的螺旋度，因為鹿皮毛的捲曲與我們的織物不同。”
雖然亮度是這種產生扭曲光的方法的主要優點（比其他方法亮 100 倍），但該光包括波長和扭曲的寬光譜。
作者對如何解決這個問題有一些想法，包括探索構建依賴於扭曲發光結構的激光器的可能性。
他們想進一步探索紅外光譜。室溫下黑體輻射的峰值波長大約為 10,000 納米或 0.01 毫米。
科托夫教授說：“這是光譜中存在大量噪聲的區域，但可以通過橢圓偏振來增強對比度。”
團隊的工作發表在雜誌上科學。
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Jun Lu等人。 2024 年。來自扭曲納米碳絲的明亮、圓偏振黑體輻射。科學386（6728）：1400-1404； doi：10.1126/science.adq406
