纳米灯泡点亮了新的道路 工程师创造了可调的纳米级的白炽灯光源

莱斯大学的一个工程实验室正在闪耀着可能被视为世界上最小的白炽灯泡的光辉,它有望在传感,光子学以及也许计算机平台以外的硅技术上取得进步。

赖斯布朗工程学院的Gururaj Naik和研究生Chloe Doiron组装了非常规的“选择性热辐射器”,即收集热量和发光的近纳米材料的集合。

他们的研究发表在《高级材料》上,该论文是该实验室开发的一项最新技术,该技术使用碳纳米管从中红外辐射中传导热量,以提高太阳能系统的效率。

新策略将几种已知现象组合成一个独特的配置,该配置也将热量转化为光,但是在这种情况下,系统是高度可配置的。

Naik说,基本上,研究人员通过将一个元素系统(灯泡中的发光灯丝)分解成两个或更多个子单元来制造白炽灯光源。混合和匹配子单元可以为系统提供多种功能。

电气和计算机工程学助理教授奈克说:“以前的论文都是关于提高太阳能电池的效率。“这次,突破不是科学上的应用,而是科学上的突破。从根本上说,我们的目标是建立具有特定特性的纳米级热光源,例如以特定波长发射或发射极亮或新的热光状态。

他说:“以前,人们认为光源只是一个元素,并试图从中获得最大的收益。” “但是我们将光源分解成许多微小的元素。我们将子元素以相互影响的方式组合在一起。一个元素可以提供亮度;下一个元素可以进行调整以提供波长特异性。许多小零件。

电子显微镜图像显示了莱斯大学工程师创建的一系列热发光体。发射器能够传递高度可配置的热光。图片来源:Naik Lab / Rice University

纳伊克说:“我们的想法是依靠集体行为,而不仅仅是一个要素。” “将细丝分割成许多小块,使我们可以更自由地设计功能。”

该系统依赖于非赫米特物理学,这是一种描述“开放”系统的量子力学方法,该系统消散能量(在这种情况下为热量)而不是保留能量。在他们的实验中,Naik和Doiron结合了两种接近纳米级的无源振荡器,它们在加热到约700摄氏度时会电磁耦合。Naik说,当金属振荡器发出热光时,它触发了耦合的硅片存储光并以所需的方式释放。

Doiron说,可以通过衰减有损谐振器或通过控制谐振器之间的第三元件的耦合程度来控制发光谐振器的输出。她说:“亮度和选择性之间存在权衡。” “半导体为您提供高选择性但低亮度,而金属为您提供非常明亮的发射但低选择性。仅通过耦合这些元素,我们就可以兼顾两者。”

内克说:“潜在的科学影响是,我们不仅可以用两个要素来做到这一点,而且可以用更多的要素来做到这一点。” “物理学不会改变。”

他指出,尽管商用白炽灯泡因其能效已被LED取代,但白炽灯仍是产生红外光的唯一实用手段。奈克说:“红外检测和传感都依赖于这些来源。” “我们创造的是一种构建明亮,定向并发出特定状态和特定波长(包括红外)的光的光源的新方法。”

他说,传感的机会在于系统的“异常点”。

Naik说:“由于我们如何耦合这两个谐振器,因此存在光学相变。” “发生这种情况的地方被称为例外点,因为它对周围的任何扰动都非常敏感。这使得这些设备适合于传感器。有些传感器带有微尺度光学器件,但是在采用纳米光子学的设备中却没有任何显示。”

对于下一代经典计算而言,机会也可能很大。Naik说:“国际半导体技术路线图(ITRS)了解到半导体技术已经达到饱和,他们正在考虑下一代开关将取代硅晶体管。” “ ITRS预测这将是一个光开关,并且像我们在这里一样,它将使用奇偶校验时间对称性的概念,因为该开关必须是单向的。它以我们想要的方向发送光,并且没有光返回就像是用来代替光的二极管。”

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