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New rules illuminate how objects absorb and emit light
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De nouvelles règles éclairent la façon dont les objets absorbent et émettent la lumière
par Scott Lyon, Princeton University
Des chercheurs de Princeton, dirigés par Alejandro Rodriguez, ont découvert de nouvelles règles sur la façon dont les objets absorbent et émettent la lumière. Le travail résout un écart de longue date entre les grands et les petits objets, unifiant la théorie du rayonnement thermique à toutes les échelles et renforçant le contrôle des scientifiques dans la conception de technologies basées sur la lumière. Crédits: Casey Horner / Unsplash
La découverte résout un problème d'échelle de longue date, où le comportement de la lumière lorsqu'elle interagit avec de minuscules objets viole les contraintes physiques bien établies observées à plus grande échelle.
"Les types d'effets que vous obtenez pour les très petits objets sont différents des effets que vous obtenez sur les très gros objets", a déclaré Sean Molesky, chercheur postdoctoral en génie électrique et premier auteur de l'étude. La différence peut être observée en passant d'une molécule à un grain de sable. "Vous ne pouvez pas décrire simultanément les deux choses", a-t-il déclaré.
Le problème vient de la fameuse nature métamorphosante de la lumière. Pour les objets ordinaires, le mouvement de la lumière peut être décrit par des lignes droites ou des rayons géomètriques . Mais pour les objets microscopiques, les propriétés d'onde de la lumière prennent le dessus et les règles soignées de l'optique des rayons s'effondrent. Les effets sont importants. Dans des matériaux modernes importants, les observations à l'échelle du micron ont montré que la lumière infrarouge rayonnait à des millions de fois plus d'énergie par unité de surface que ne le prévoit l'optique optique.
Les nouvelles règles, publiées dans Physical Review Letters le 20 décembre, indiquent aux scientifiques la quantité de lumière infrarouge qu'un objet de n'importe quelle échelle peut absorber ou émettre, ce qui résout un écart vieux de plusieurs décennies . L'œuvre étend un concept du XIXe siècle, connu sous le nom de corps noir, dans un contexte moderne utile. Les corps noirs sont des objets idéalisés qui absorbent et émettent de la lumière avec une efficacité maximale.
"Il y a eu beaucoup de recherches pour essayer de comprendre dans la pratique, pour un matériau donné, comment on peut approcher ces limites du corps noir", a déclaré Alejandro Rodriguez, professeur agrégé de génie électrique et chercheur principal de l'étude. "Comment pouvons-nous arriver à faire un absorbeur parfait? Un émetteur parfait?"
"C'est un très vieux problème que de nombreux physiciens - dont Planck, Einstein et Boltzmann - ont abordé très tôt et ont jeté les bases du développement de la mécanique quantique."
Un grand nombre de travaux antérieurs ont montré que la structuration d'objets avec des caractéristiques à l'échelle nanométrique peut améliorer l'absorption et l'émission, piégeant efficacement les photons dans une petite galerie de miroirs. Mais personne n'avait défini les limites fondamentales du possible, laissant des questions majeures ouvertes sur la façon d'évaluer une conception.
Ne se limitant plus aux essais et erreurs par force brute, le nouveau niveau de contrôle permettra aux ingénieurs d'optimiser les conceptions mathématiquement pour une large gamme d'applications futures. Le travail est particulièrement important dans des technologies comme les panneaux solaires, les circuits optiques et les ordinateurs quantiques.
Actuellement, les découvertes de l'équipe sont spécifiques aux sources thermiques de lumiéres classiques
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More information: Sean Molesky et al, T Operator Bounds on Angle-Integrated Absorption and Thermal Radiation for Arbitrary Objects, Physical Review Letters (2019). DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.257401
Journal information: Physical Review Letters
Provided by Princeton University
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mes commentaires
Cette fois ci ils sont chaleureux mais je réserve tout de meme mon jugement apres la lecture de la publication originale sur Phys rev car avec les infra rouge on joue pas uniquement sur les régles de l otiqiue geometrique dans les conditions de l 'approximation de GAUSS , mais aussi avec le transfert d energie sous forme de phonons dans les solides et de phenomènes parasites de convection et conduction gazeuse inévitables en conditions standard de laboratoire ... Et c est pourquoi je veux regarder de pres les conditions de manip
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