_ Ochi pe imposibil : Prima măsurare a radiației termice în câmp apropiat, sub lungime de undă

Nanodispozitivele schimbă modul în care diagnosticăm bolile, procesăm alimentele și apa și stocăm energie regenerabilă. Dar pentru a ține pasul cu tehnologia de generație următoare, cercetătorii trebuie să înțeleagă principiile fundamentale care determină funcționalitatea acestora.

În fizică, Legea lui Planck descrie cât de multă căldură poate fi transferată între două obiecte atunci când dimensiunea golului între obiecte este mai mare decât lungimea de undă termică, care este de aproximativ 10 micrometri la temperatura camerei. Cercetările anterioare efectuate de Sheng Shen, profesor de inginerie mecanică, au descoperit că Legea lui Planck poate fi încălcată la scară nanometrică - când obiectele sunt mai apropiate unele de altele, emisia de energie depășește așteptările.

Acum, după ani de încercări și erori, Shen laboratorul a fabricat un instrument avansat pentru a colecta prima măsurătoare termică în câmp apropiat activată de nanodispozitive. Descoperirile lor dezvăluie o perspectivă complet nouă asupra fizicii transportului de energie în cadrul nanodispozitivelor – o piatră de temelie pentru aplicațiile nanodispozitivelor pentru conversia și recoltarea energiei.

„Am vrut să depășim limita”, a spus Sheng Shen, profesor de inginerie mecanică. „Putem face atât decalajul, cât și obiectul mai mic pentru a înțelege mai bine transferul de căldură la scară nanometrică?”

Pentru a explora acest lucru, Xiao Luo, Ph.D. Candidat în Inginerie Mecanică, a construit la comandă o nouă platformă de nanodispozitive cu termometrie de încălzire suspendată pentru a raporta prima măsurare a radiației termice în câmp apropiat între două structuri sub-lungimi de undă.

„Am depășit o mulțime de dificultăți de fabricație, inclusiv contaminarea, dispozitivele sparte și membranele care se lipesc împreună”, a spus Luo. „Întreaga idee este ca două membrane minuscule să fie aliniate perfect una cu cealaltă, fără interferențe de la orice alt obiect care ar putea transfera și căldură.”

Luo a folosit gravarea chimică pentru a suspenda cele două membrane, una cu o lungime lungă. senzor de fascicul pentru a monitoriza absorbția de căldură, prin îndepărtarea cea mai mare parte a substratului. Apoi a măsurat radiația termică dintre dispozitive la o varietate de distanțe de interval, variind de la aproximativ 150 nm la 750 nm.

Comparativ cu radiația teoretică a corpului negru, echipa a demonstrat o îmbunătățire de 20 de ori a transferului de căldură între două. suprafețe sublungimi de undă cu un decalaj de separare de 150 nm.

„Lucru surprinzător este că întreaga poveste nu se învârte în jurul dimensiunii decalajului așa cum credeam anterior”, a spus Shen. „Când am făcut obiectul mai mic decât lungimea de undă, radiația termică nu a fost îmbunătățită atât de mult pe cât se aștepta, pe baza teoriei pentru două obiecte mari. Cercetătorii trebuie să analizeze atât structura, cât și fizica de bază pentru a înțelege acest fenomen.”

Luo și echipa și-au validat concluziile folosind o simulare computațională.

Shen crede că vor mai dura încă 10 până la 20 de ani până când consumatorii vor vedea un produs tangibil dezvoltat având în vedere această fizică fundamentală, dar este încrezător. în valoarea sa pentru inginerie termică și fotonică.

Lucrarea este publicată în revista Nano Letters.

(Fluierul)