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光似乎是一种难以抓住的东西,但这正是所谓的光子晶体可以做到的。光子晶体由排列成互锁晶格的微观金属棒制成,可以捕获特定频率的光。通过在特定位置引入杂质,科学家可以沿着预定的路径弯曲光线。现在,科学家们发现了钨制光子晶体的新用途。桑迪亚国家实验室的研究人员没有弯曲晶体内部的光线,而是使用钨晶格来过滤输入能量,使其仅在所需的频段内从晶体中逸出。据说加热后的晶格比固体灯丝能发出更多的能量,为可能更优越的能源铺平了道路。
肖恩·林和他的同事们多年来一直在研究微小的钨晶格,并且是第一个将晶体尺寸缩小到微米级的。他们目前正在研究的晶格由宽度为半微米、间隔为 1.5 微米的钨棒组成。当研究人员将晶格置于加热到 1250 摄氏度的真空中时,他们发现它以 34% 的效率转换辐射,并发出约每平方厘米 14 瓦的功率。这两个结果都明显高于著名的普朗克定律预测的结果,普朗克定律模拟了理想固体材料在特定波长下的最大发射。日本国家材料科学研究所纳米材料实验室的坂田和昭指出,“这项工作清楚地表明,即使是普朗克定律——量子力学时代的起点[用于预测这些相互作用]——也可以被修改。”
显著提高的输出值仅在晶格内部尺寸允许逸出的特定频率下才能看到。这种特性可能有助于提高某些热驱动引擎的性能。例如,光子晶体可以将发电厂发电机产生的多余热量导入,并在更小的频段内释放出来,从而更有效地驱动引擎——例如电动汽车中只能在较小范围内吸收能量的引擎。研究人员在即将发表在《光学快报》和《应用物理快报》两份期刊上的两篇论文中报告了他们的最新发现。