Istraživači sa Univerziteta Purdue napravili su revolucionarno otkriće u oblasti toplotnog zračenja, otkrivajući novu metodu za generisanje rotirajućeg toplotnog zračenja na kontrolisan i efikasan način koristeći veštački strukturirane površine, poznate kao metapovršine.
Tim, predvođen Zubinom Džejkobom, Purdueovim vanrednim profesorom za elektrotehniku i kompjutersko inženjerstvo, objavio je nalaze u časopisu Science Advances, pod naslovom „Uočavanje optičke spiralnosti koja ne nestaje u toplotnom zračenju sa metapovršina narušenih simetrijom“.
Toplotno zračenje, koje potiče od nasumičnih fluktuacija materijala, tradicionalno se smatra nekoherentnim signalom. Većina konvencionalnih termalnih emitera pokazuje slabu do nultu kružnu polarizaciju u emitovanoj toploti. Iznenađujuće, toplotno zračenje koje stiže do Zemlje od mnogih astronomskih objekata poseduje značajnu kružnu polarizaciju. Ovaj intrigantan fenomen dovodi do otkrića jakih magnetnih polja u nekim kondenzovanim zvezdama, nudi objašnjenja zagonetki o ranom univerzumu, pa čak pruža i mogući potpis života.
„Okretno termalno zračenje je izuzetno retko u prirodi i nalazi se samo u nekim kondenzovanim zvezdama“, rekao je Džejkob. „Naš rad pruža novi način za generisanje ove vrste zračenja, koja ima potencijal da se koristi u različitim aplikacijama, uključujući termičko snimanje i komunikaciju.
Istraživači su otkrili da su korišćenjem metapovršine sastavljene od niza struktura u obliku slova F, bili u stanju da generišu pretežno levoruko, kružno polarizovano toplotno zračenje u svim pravcima, što je po prvi put rezultiralo optičkom spiralom koja ne nestaje.
Tim je svojim dizajnom dostigao 39% osnovne granice u optičkoj spiralnosti, a takođe su pokazali da karakteristike emitovanih toplotnih fotona mogu biti prilagođene simetrijama metapovršine, pokazujući efikasnu kontrolu nad termičkim zračenjem u njegovim različitim svojstvima.
„Ovo istraživanje bi moglo imati važne implikacije za razumevanje sveprisutnog fenomena toplotnog zračenja i za razvoj novih tehnologija“, rekao je Džejkob. Potencijalne primene uključuju korišćenje metapovršine kao širokougaonog, uskopojasnog kružno-polarizovanog srednjeg infracrvenog izvora svetlosti za optičko detekciju gasa i infracrveno snimanje. Pored toga, jedinstvena spektralna, prostorna i spinska karakteristika projektovane toplotne emisije može se iskoristiti kao pasivni infracrveni svetionici u spoljašnjim okruženjima, što ih čini korisnim u tehnologiji daljinskog otkrivanja.
„Izuzetno smo uzbuđeni zbog potencijala ovog otkrića“, kaže dr. student Ksueji Vang. „Ne samo da produbljuje naše razumevanje toplotnog zračenja, već otvara i nove mogućnosti za tehnološki napredak u različitim oblastima.“
