来源:科技日报
原标题:声子极化激元电激发首次实现
据最新一期《自然》杂志报道,美国纽约市立大学研究人员在创造新型光热材料方面迈出重要一步:他们首次实现了一种利用电流激发声子极化激元的新机制,为开发更低成本、更小巧的长波红外光源和更高效的冷却设备开辟了新途径。
人们常常苦恼,手机用久了就发烫,未来这一问题有望解决,并且手机还有望内置微小传感器,以超高灵敏度和精确度识别危险化学品或污染物。
声子极化激元是一种独特的电磁波,当光与材料晶格结构中的振动相互作用时,就会产生这种波。它具有许多独特性质,例如能将长波红外光的能量集中到极小的体积内,甚至小到几十纳米,还能形成高效热传导通道。这种“光热双优”的属性使其成为亚波长成像、分子传感器、电子器件内热管理等应用的理想选择。
此次发现的关键在于,研究团队将单层石墨烯嵌在两块六方氮化硼(hBN)之间,构建出一种“三明治”结构。hBN中的双曲声子极化激元(HPhP)如同在材料内部反复折射的光线,与石墨烯中高速移动的电子发生强烈碰撞。电子与HPhP碰撞时,会将多余的能量转移给HPhP,而HPhP会迅速将热量扩散到更大的区域。
实验发现,仅施加1伏特/微米的微弱电场,石墨烯中的电子就如同被注入能量的赛跑选手,能与HPhP发生高效散射,这凸显了HPhP电致发光的效率。该研究首次实验证明,仅通过电学方法就能激发声子极化激元。
研究还揭示了HPhP电致发光背后有趣的物理原理。当石墨烯中的电子浓度较低时,HPhP以带间跃迁形式发射。然而,在较高的电子浓度下,HPhP发射则通过石墨烯中的带间跃迁和带内切伦科夫辐射同时进行。
实现声子极化激元的电致发光,不仅为开发纳米级长波红外或太赫兹光源开辟了新途径,还为能源应用带来了新机遇。从下一代分子传感到改进电子设备的热管理,这一创新有望为节能紧凑型技术带来变革。(记者张佳欣)
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