在此，美國(guó)密西根大學(xué)Nicholas A. Kotov院士和魯俊博士等人發(fā)現(xiàn)與其他手性發(fā)射器不同，這些黑體發(fā)射器沒(méi)有振動(dòng)態(tài)限制，并且能夠?qū)崿F(xiàn)高亮度。自具有扭曲幾何結(jié)構(gòu)的納米碳或金屬納米結(jié)構(gòu)絲的BBR在500至3000納米范圍內(nèi)具有強(qiáng)烈的橢圓偏振性，這些絲的亞微米尺度手性滿(mǎn)足了漲落–耗散定理所施加的維度要求，并需要根據(jù)基爾霍夫定律在吸收率和發(fā)射率之間打破對(duì)稱(chēng)性。
相關(guān)文章以“Bright, circularly polarized black-body radiation from twisted nanocarbon filaments”為題發(fā)表在Science上，這也是魯俊博士四年內(nèi)刊發(fā)的第四篇正刊！
研究背景納米結(jié)構(gòu)材料可以被設(shè)計(jì)成賦予傳播光子強(qiáng)烈的橢圓偏振性。納米尺度光子學(xué)的快速發(fā)展以及手性光和電致發(fā)光材料導(dǎo)致了源極圓偏振光（CPL）發(fā)射器的發(fā)展。然而，合成能夠發(fā)射高強(qiáng)度和強(qiáng)偏振光的手性分子、聚合物和晶體一直是一個(gè)挑戰(zhàn)。在可見(jiàn)波長(zhǎng)方面已經(jīng)取得了進(jìn)展，但這些材料通常依賴(lài)于稀土金屬，引發(fā)了可持續(xù)性問(wèn)題。對(duì)于在800納米和1550納米水透明窗口運(yùn)行的近紅外（NIR）設(shè)備，需要強(qiáng)大的CPL發(fā)射器用于新興的電信設(shè)備、加密網(wǎng)絡(luò)、空間通信、機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)、量子光學(xué)計(jì)算、個(gè)性化生物醫(yī)學(xué)技術(shù)和生物聚合物傳感器。然而，近紅外躍遷典型的振動(dòng)電子態(tài)的接近程度大大加速了激發(fā)衰減，阻止了高亮度和偏振各向異性的實(shí)現(xiàn)。此外，基于低帶隙半導(dǎo)體的近紅外CPL發(fā)射器，如硒化鎘，面臨額外的挑戰(zhàn)，包括易氧化?？朔@些限制需要對(duì)手性材料的創(chuàng)新方法，這些材料能夠發(fā)射光子。光發(fā)射各向異性因子，如glum（表征發(fā)光的橢圓偏振性）及其對(duì)應(yīng)物gem（em，發(fā)射），量化了發(fā)光和散射的累積效應(yīng)，是CPL材料的關(guān)鍵指標(biāo)。盡管稀土配合物表現(xiàn)出高glum值（0.1到1之間），源于與f電子態(tài)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(jiàn)光發(fā)射設(shè)備需要gem值在0.1到1.9之間。相比之下，針對(duì)近紅外區(qū)域應(yīng)用的材料表現(xiàn)出更小的gem值和發(fā)光量子產(chǎn)率?？焖俚臒岢谠ヂ屎蛧?yán)格的對(duì)稱(chēng)性限制加劇了這個(gè)問(wèn)題，通常使它們不活躍于CPL?？罩辛炼仁鞘中圆牧虾?/span>CPL發(fā)射器的另一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，盡管等離子體納米結(jié)構(gòu)提供了有希望的光學(xué)偏振，但它們與高光學(xué)損失相關(guān)。它們?cè)诳梢?jiàn)區(qū)域的典型亮度值在10-7到10-2?W/cm2之間，近紅外CPL發(fā)射器的可比數(shù)據(jù)尚未報(bào)告。研究?jī)?nèi)容黑體輻射（BBR）提供了一個(gè)替代方案，以應(yīng)對(duì)緊密間隔的振動(dòng)電子態(tài)帶來(lái)的挑戰(zhàn)。根據(jù)普朗克定律，所有量子態(tài)，即使是那些由亞電子伏特間隙分隔的態(tài)，都是BBR活躍的。然而，同一定律并沒(méi)有考慮偏振效應(yīng)，認(rèn)為它們微不足道，這對(duì)于通常在這一法律框架內(nèi)考慮的大球形體來(lái)說(shuō)是正確的。此外，漲落–耗散定理特別禁止從二維（2D）發(fā)射器產(chǎn)生圓偏振BBR（CP-BBR），這是一種常用于發(fā)光設(shè)備和先前CPL發(fā)射器實(shí)現(xiàn)的幾何形狀。本文假設(shè)3D扭曲絲可能作為強(qiáng)大的CPL活躍BBR發(fā)射器，其在納米和亞微米尺度上的總體鏡像不對(duì)稱(chēng)性，而不是量子態(tài)的不對(duì)稱(chēng)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(chǎn)生跨越可見(jiàn)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(jiǎn)單性以及它們電控發(fā)射最大值的可調(diào)性，使得基于BBR的CPL發(fā)射器可調(diào)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(guò)幾何參數(shù)調(diào)節(jié)圓偏振的可調(diào)性。圖4：具有CP-BBR的超高溫度復(fù)合材料。總的來(lái)說(shuō)，本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了具有高亮度和強(qiáng)烈的偏振旋轉(zhuǎn)的發(fā)射器，這些發(fā)射器覆蓋了從可見(jiàn)光、近紅外到紅外光譜的部分，利用了由黑體亞微米級(jí)手性決定的吸收率相等性。研究顯示，經(jīng)過(guò)徹底驗(yàn)證的圓偏振黑體輻射（CP-BBR）機(jī)制，導(dǎo)致了光譜特性的高可預(yù)測(cè)性以及圓偏振黑體輻射發(fā)射器的工程簡(jiǎn)單性。將扭曲的絲與陶瓷納米顆粒燒結(jié)，為一系列手性碳–陶瓷復(fù)合材料打開(kāi)了大門(mén)。這些材料能夠?yàn)閺V泛的高溫物體賦予圓偏振光（CPL）發(fā)射率，并為極端條件下的CPL發(fā)射器提供了一個(gè)材料平臺(tái)，這是當(dāng)前手性材料無(wú)法達(dá)到的。文獻(xiàn)信息Jun Lu, Hong Ju Jung, Ji-Young Kim, Nicholas A. Kotov*,?Bright, circularly polarized black-body radiation from twisted nanocarbon filaments, Science,
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