Los investigadores de Princeton han descubierto nuevas reglas que rigen cómo los objetos absorben y emiten luz, afinando el control de los científicos sobre la luz e impulsando la investigación de dispositivos ópticos y solares de próxima generación.
El descubrimiento resuelve un problema de escala de larga data, en el que el comportamiento de la luz cuando interactúa con objetos pequeños viola las restricciones físicas bien establecidas observadas a escalas más grandes.
"Los tipos de efectos que se obtienen con objetos muy pequeños son diferentes de los efectos que se obtienen con objetos muy grandes", dijo Sean Molesky, investigador postdoctoral en ingeniería eléctrica y primer autor del estudio. La diferencia se puede observar al pasar deuna molécula a un grano de arena. "No se pueden describir ambas cosas simultáneamente", dijo.
El problema surge de la famosa naturaleza cambiante de la luz. Para los objetos ordinarios, el movimiento de la luz se puede describir mediante líneas rectas o rayos. Pero para los objetos microscópicos, las propiedades de onda de la luz toman el control y las reglas claras de la óptica de rayos se rompen. Los efectos sonEn importantes materiales modernos, las observaciones en la escala de micrones mostraron que la luz infrarroja irradia millones de veces más energía por unidad de área de lo que predice la óptica de rayos.
Las nuevas reglas, publicadas en Cartas de revisión física el 20 de diciembre, diga a los científicos cuánta luz infrarroja se puede esperar que absorba o emita un objeto de cualquier escala, resolviendo una discrepancia de décadas entre lo grande y lo pequeño. El trabajo amplía un concepto del siglo XIX, conocido como cuerpo negro, en un contexto moderno útil. Los cuerpos negros son objetos idealizados que absorben y emiten luz con la máxima eficiencia.
"Se han realizado muchas investigaciones para tratar de comprender en la práctica, para un material dado, cómo se pueden acercar a estos límites de cuerpos negros", dijo Alejandro Rodríguez, profesor asociado de ingeniería eléctrica e investigador principal del estudio.¿Hacemos un absorbente perfecto? ¿Un emisor perfecto? "
"Es un problema muy antiguo que muchos físicos, incluidos Planck, Einstein y Boltzmann, abordaron desde el principio y sentaron las bases para el desarrollo de la mecánica cuántica".
Una gran cantidad de trabajos anteriores ha demostrado que la estructuración de objetos con características a nanoescala puede mejorar la absorción y la emisión, atrapando de manera efectiva los fotones en una pequeña sala de espejos. Pero nadie había definido los límites fundamentales de lo posible, dejando abiertas preguntas importantes sobre cómopara evaluar un diseño.
Ya no se limita al ensayo y error de fuerza bruta, el nuevo nivel de control permitirá a los ingenieros optimizar los diseños matemáticamente para una amplia gama de aplicaciones futuras. El trabajo es especialmente importante en tecnologías como paneles solares, circuitos ópticos y computadoras cuánticas.
Actualmente, los hallazgos del equipo son específicos de las fuentes térmicas de luz, como el sol o una bombilla incandescente. Pero los investigadores esperan generalizar aún más el trabajo para coincidir con otras fuentes de luz, como LED, luciérnagas o rayos de electricidad en arco..
La investigación fue apoyada en parte por la National Science Foundation, el Cornell Center for Materials Research, la Defense Advanced Research Projects Agency y el National Science and Engineering Research Council of Canada.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Princeton, Escuela de Ingeniería . Original escrito por Scott Lyon. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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