นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยมิชิแกนกล่าวว่าแสงที่บิดเบี้ยวสามารถสร้างขึ้นได้ด้วยเส้นใยที่มีโครงสร้างนาโนที่มีรูปทรงเรขาคณิตที่บิดเบี้ยว
กฎของพลังค์เพิกเฉยแต่ไม่ได้ห้ามการแผ่รังสีวัตถุดำ (BBR) จากการถูกโพลาไรซ์เป็นวงกลม BBR จากเส้นใยที่มีโครงสร้างนาโนที่มีรูปทรงบิดเบี้ยวจากนาโนคาร์บอนหรือโลหะมีวงรีที่แข็งแกร่งตั้งแต่ 500 ถึง 3,000 นาโนเมตร ไคราลิตีขนาดต่ำกว่าไมโครมิเตอร์ของฟิลาเมนต์เหล่านี้เป็นไปตามข้อกำหนดด้านมิติที่กำหนดโดยทฤษฎีบทการกระเพื่อม-การกระจาย และต้องมีการแตกหักแบบสมมาตรในการดูดกลืนแสงและการปล่อยรังสีตามกฎของ Kirchhoff BBR ที่ได้จะแสดงการปล่อยแอนไอโซโทรปีและความสว่างเกินกว่าตัวปล่อยโฟตอนไครัลแบบธรรมดาที่ปัจจัย 10 ถึง 100 เครดิตรูปภาพ: Luและคณะ., ดอย: 10.1126/science.adq4068.
“เป็นเรื่องยากที่จะสร้างความสว่างเพียงพอเมื่อสร้างแสงบิดเบี้ยวด้วยวิธีดั้งเดิม เช่น การเรืองแสงของอิเล็กตรอนหรือโฟตอน” ดร. จุน ลู นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยมิชิแกนกล่าว
“เราค่อยๆ สังเกตเห็นว่าจริงๆ แล้ว เรามีวิธีที่เก่ามากในการสร้างโฟตอนเหล่านี้ โดยไม่ได้อาศัยการกระตุ้นของโฟตอนและอิเล็กตรอน แต่เหมือนกับหลอดไฟที่เอดิสันพัฒนาขึ้น”
“วัตถุทุกชนิดที่มีความร้อนใดๆ รวมทั้งตัวคุณเองด้วย จะปล่อยโฟตอนออกมาอย่างต่อเนื่องในสเปกตรัมที่สัมพันธ์กับอุณหภูมิของมัน”
“เมื่อวัตถุมีอุณหภูมิเท่ากับอุณหภูมิโดยรอบ มันก็ดูดซับโฟตอนในปริมาณที่เท่ากัน ซึ่งถือเป็นรังสีวัตถุดำเพราะสีดำดูดซับความถี่โฟตอนทั้งหมด”
แม้ว่าไส้หลอดทังสเตนจะอุ่นกว่าบริเวณโดยรอบมาก แต่กฎที่กำหนดการแผ่รังสีของวัตถุดำ (กฎของพลังค์) ให้ค่าประมาณที่ดีของสเปกตรัมของโฟตอนที่มันส่งออกไป
เมื่อรวมกันแล้ว โฟตอนที่มองเห็นจะดูเหมือนแสงสีขาว แต่เมื่อคุณส่งแสงผ่านปริซึม คุณจะเห็นรุ้งของโฟตอนต่างๆ ภายในปริซึม
การแผ่รังสีนี้ยังเป็นสาเหตุว่าทำไมคุณจึงปรากฏอย่างสว่างในภาพความร้อน แม้แต่วัตถุอุณหภูมิห้องก็ยังเปล่งและรับโฟตอนของวัตถุสีดำอยู่ตลอดเวลา ทำให้มองเห็นได้ไม่ชัดเจนเช่นกัน
โดยทั่วไปแล้ว รูปร่างของวัตถุที่ปล่อยรังสีจะไม่ได้รับการพิจารณามากนัก สำหรับจุดประสงค์ส่วนใหญ่ วัตถุนั้นสามารถจินตนาการได้ว่าเป็นทรงกลม
แม้ว่ารูปร่างจะไม่ส่งผลต่อสเปกตรัมของความยาวคลื่นของโฟตอนที่ต่างกัน แต่ก็อาจส่งผลต่อคุณสมบัติอื่นได้ นั่นก็คือ โพลาไรเซชันของพวกมัน
โดยปกติโฟตอนจากแหล่งกำเนิดวัตถุสีดำจะมีการโพลาไรซ์แบบสุ่ม คลื่นของพวกมันอาจแกว่งไปตามแนวแกนใดก็ได้
การศึกษาใหม่เผยให้เห็นว่าหากตัวปล่อยถูกบิดที่ระดับไมโครหรือระดับนาโน โดยความยาวของการบิดแต่ละครั้งใกล้เคียงกับความยาวคลื่นของแสงที่ปล่อยออกมา การแผ่รังสีของวัตถุดำก็จะบิดเบี้ยวเช่นกัน
ความแรงของการบิดตัวในแสงหรือโพลาไรเซชันทรงรีนั้นขึ้นอยู่กับปัจจัยหลัก 2 ประการ: ความยาวคลื่นของโฟตอนใกล้เคียงกับความยาวของการบิดแต่ละครั้งและคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ของวัสดุ เช่น นาโนคาร์บอนหรือโลหะ ในกรณีนี้
แสงบิดเบี้ยวเรียกอีกอย่างว่า 'ไครัล' เนื่องจากการหมุนตามเข็มนาฬิกาและทวนเข็มนาฬิกาเป็นภาพสะท้อนในกระจกซึ่งกันและกัน
การศึกษานี้ดำเนินการเพื่อแสดงให้เห็นถึงสมมติฐานของโครงการที่นำไปใช้มากขึ้นซึ่งทีมงานมิชิแกนอยากจะดำเนินการ: การใช้รังสีไครัลแบล็คบอดี้เพื่อระบุวัตถุ
พวกเขาจินตนาการถึงหุ่นยนต์และรถยนต์ไร้คนขับที่สามารถมองเห็นได้เหมือนตั๊กแตนตำข้าว โดยแยกความแตกต่างระหว่างคลื่นแสงโดยมีทิศทางการหมุนวนและระดับความบิดเบี้ยวต่างกัน
“ความก้าวหน้าทางฟิสิกส์ของการแผ่รังสีวัตถุดำโดยโครงสร้างนาโนไครัลถือเป็นหัวใจสำคัญของการศึกษาครั้งนี้ ตัวปล่อยดังกล่าวมีอยู่ทุกหนทุกแห่งรอบตัวเรา” ศาสตราจารย์นิโคลัส โคตอฟ แห่งมหาวิทยาลัยมิชิแกนกล่าว
“การค้นพบเหล่านี้อาจมีความสำคัญสำหรับยานยนต์อัตโนมัติในการบอกความแตกต่างระหว่างกวางกับมนุษย์ ซึ่งเปล่งแสงที่มีความยาวคลื่นใกล้เคียงกันแต่มีความตื่นตัวต่างกัน เนื่องจากขนกวางมีความโค้งงอแตกต่างจากผ้าของเรา”
แม้ว่าความสว่างจะเป็นข้อได้เปรียบหลักของวิธีนี้ในการสร้างแสงบิดเบี้ยว ซึ่งสว่างกว่าวิธีอื่นๆ ถึง 100 เท่า แต่แสงก็มีสเปกตรัมกว้างทั้งความยาวคลื่นและการบิดตัว
ผู้เขียนมีแนวคิดเกี่ยวกับวิธีการแก้ไขปัญหานี้ รวมถึงการสำรวจความเป็นไปได้ในการสร้างเลเซอร์ที่อาศัยโครงสร้างการเปล่งแสงที่บิดเบี้ยว
พวกเขาต้องการสำรวจสเปกตรัมอินฟราเรดเพิ่มเติม ความยาวคลื่นสูงสุดของการแผ่รังสีวัตถุดำที่อุณหภูมิห้องคือประมาณ 10,000 นาโนเมตรหรือ 0.01 มิลลิเมตร
“นี่เป็นพื้นที่ของสเปกตรัมที่มีสัญญาณรบกวนมาก แต่อาจเป็นไปได้ที่จะเพิ่มคอนทราสต์ผ่านโพลาไรเซชันทรงรี” ศาสตราจารย์โคตอฟกล่าว
ของทีมงานได้รับการตีพิมพ์ในวารสารศาสตร์-
-
จุน ลูและคณะ- 2024. การแผ่รังสีวัตถุสีดำโพลาไรซ์เป็นวงกลมที่สว่างสดใสจากเส้นใยนาโนคาร์บอนที่บิดเบี้ยวศาสตร์386 (6728): 1400-1404; ดอย: 10.1126/science.adq406
