密歇根大学的科学家表示，由于具有扭曲几何形状的纳米结构灯丝，可以产生明亮的扭曲光。
普朗克定律忽略但不禁止黑体辐射 (BBR) 的圆偏振。由具有纳米碳或金属扭曲几何形状的纳米结构细丝制成的 BBR 具有 500 至 3000 纳米的强椭圆度。这些细丝的亚微米级手性满足涨落耗散定理所施加的维度要求，并且根据基尔霍夫定律要求吸收率和发射率对称破缺。由此产生的 BBR 显示出发射各向异性和亮度超过传统手性光子发射器 10 到 100 倍。图片来源：Lu等人., doi: 10.1126/science.adq4068。
“用电子或光子发光等传统方式产生扭曲光时很难产生足够的亮度，”密歇根大学研究员Jun Lu博士说。
“我们逐渐注意到，我们实际上有一种非常古老的方法来产生这些光子——不依赖光子和电子激发，而是像爱迪生开发的灯泡一样。”
“每个有热量的物体，包括你自己，都会不断地发出与其温度相关的光谱中的光子。”
“当物体与其周围环境的温度相同时，它也会吸收等量的光子——这被理想化为黑体辐射，因为黑色吸收所有光子频率。”
虽然钨丝灯泡的灯丝比周围环境温暖得多，但定义黑体辐射的定律（普朗克定律）提供了对其发出的光子光谱的良好近似。
总的来说，可见光子看起来像白光，但是当你让光穿过棱镜时，你可以看到其中不同光子的彩虹。
这种辐射也是为什么你在热图像中显得明亮的原因，但即使是室温物体也会不断发射和接收黑体光子，使它们也变得模糊可见。
通常，发射辐射的物体的形状不会得到太多考虑——对于大多数目的，可以将物体想象成一个球体。
但是，虽然形状不会影响不同光子的波长光谱，但它会影响不同的特性：它们的偏振。
通常，来自黑体源的光子是随机偏振的——它们的波可能沿着任何轴振荡。
这项新研究表明，如果发射器在微米或纳米尺度上扭曲，每次扭曲的长度与发射光的波长相似，那么黑体辐射也会扭曲。
光扭曲的强度或其椭圆偏振取决于两个主要因素：光子的波长与每次扭曲的长度的接近程度以及材料（在本例中为纳米碳或金属）的电子特性。
扭曲光也被称为“手性”，因为顺时针和逆时针旋转是彼此的镜像。
这项研究的目的是证明密歇根团队想要开展的一个更具应用性的项目的前提：使用手性黑体辐射来识别物体。
他们设想机器人和自动驾驶汽车能够像螳螂虾一样看到东西，区分不同旋转方向和扭曲程度的光波。
“手性纳米结构黑体辐射物理学的进步是这项研究的核心。这种发射器在我们周围无处不在，”密歇根大学教授尼古拉斯·科托夫说。
“例如，这些发现对于自动驾驶汽车区分鹿和人类来说可能很重要，鹿和人类发出的光具有相似的波长但不同的螺旋度，因为鹿皮毛的卷曲与我们的织物不同。”
虽然亮度是这种产生扭曲光的方法的主要优点（比其他方法亮 100 倍），但该光包括波长和扭曲的宽光谱。
作者对如何解决这个问题有一些想法，包括探索构建依赖于扭曲发光结构的激光器的可能性。
他们想进一步探索红外光谱。室温下黑体辐射的峰值波长大约为 10,000 纳米或 0.01 毫米。
科托夫教授说：“这是光谱中存在大量噪声的区域，但可以通过椭圆偏振来增强对比度。”
团队的工作发表在杂志上科学。
_____
Jun Lu等人。 2024 年。来自扭曲纳米碳丝的明亮、圆偏振黑体辐射。科学386（6728）：1400-1404； doi：10.1126/science.adq406
