普朗克定律忽略但不禁止黑體輻射（BBR）具有圓偏振特性。

2024年12月19日，美國(guó)密西根大學(xué)Nicholas A. Kotov院士在國(guó)際頂級(jí)期刊Science發(fā)表題為《Bright, circularly polarized black-body radiation from twisted nanocarbon filaments》的研究論文，魯俊博士為論文第一作者，Nicholas A. Kotov院士為論文通訊作者。

Nicholas A. Kotov，美國(guó)密西根大學(xué)安娜堡分校Irving Langmuir杰出教授，美國(guó)藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院院士，美國(guó)國(guó)家發(fā)明家學(xué)院院士，仿生材料領(lǐng)域的世界著名學(xué)者，手性自組裝領(lǐng)域的奠基人和開拓者。1987年、1990年獲得莫斯科國(guó)立大學(xué)的學(xué)士和博士學(xué)位。在Syracuse University從事博士后研究，在莫斯科國(guó)立大學(xué)、漢堡大學(xué)、俄克拉荷馬州立大學(xué)工作過，現(xiàn)任職于美國(guó)密西根大學(xué)，同時(shí)是Irving Langmuir Distinguished University教授。

Nicholas A. Kotov院士在仿生結(jié)構(gòu)和手性結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的研究一直引領(lǐng)著該領(lǐng)域的世界最前沿，近年來在非生物牙釉質(zhì)的研究方面也取得了重大進(jìn)展。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，Nicholas Kotov院士已發(fā)表17篇Nature、Science正刊，在PNAS、Nature Nanotechnology、Nature Chemistry、Nature Materials、Nature Photonics、Nature Biomedical Engineering、Science Robotics、JACS、Matter、Joule、Advanced Materials、Angewandte Chemie、Nature Communications、Science Advances等高水平期刊上發(fā)表了300余篇研究論文，H因子為150。

魯俊，密西根大學(xué)博士后。2017年博士畢業(yè)于吉林大學(xué)，后從事博士后研究，導(dǎo)師：劉堃教授；2019年至今于密西根大學(xué)從事博士后研究，合作導(dǎo)師：Nicholas A. Kotov院士。魯俊博士將于2025年3月加入新加坡國(guó)立大學(xué)（NUS），擔(dān)任校長(zhǎng)青年教授（Presidential Young Professor）。

魯俊博士專注于手性納米材料、自組裝、納米粒子光物理等研究，在四年內(nèi)發(fā)表了四篇正刊。

由納米結(jié)構(gòu)細(xì)絲制成的BBR具有納米碳或金屬扭曲幾何結(jié)構(gòu)，在500至3000 nm范圍內(nèi)具有強(qiáng)烈的橢圓偏振性。

這些細(xì)絲的亞微米尺度手性滿足漲落-耗散定理所施加的維度要求，并且需要根據(jù)基爾霍夫定律在吸收率和發(fā)射率之間打破對(duì)稱性。

由此產(chǎn)生的BBR顯示出發(fā)射各向異性和亮度超過傳統(tǒng)手性光發(fā)射體的10至100倍。

這些絲的螺旋結(jié)構(gòu)能夠?qū)κ中园l(fā)射進(jìn)行精確的光譜調(diào)節(jié)，可以使用電磁原理和手性度量來建模。

同時(shí)，將納米碳絲封裝在折射陶瓷中，可以產(chǎn)生高效、可調(diào)節(jié)且耐用的手性發(fā)射器，能夠在以前認(rèn)為無法達(dá)到的極端溫度下工作。

圖1：扭曲絲的圓偏振BBR

圖2：圓偏振黑體輻射（CP-BBR）的角分布

圖3：通過幾何參數(shù)調(diào)節(jié)圓偏振的可調(diào)性

圖4：具有CP-BBR的超高溫度復(fù)合材料

綜上，在這篇論文中，作者研究了通過扭曲納米碳絲制成的三維（3D）納米結(jié)構(gòu)絲，這些絲能夠作為強(qiáng)烈的圓偏振黑體輻射（CP-BBR）發(fā)射器，實(shí)現(xiàn)了在可見光、近紅外和中紅外范圍內(nèi)的高亮度和高圓二色性發(fā)射。

研究人員開發(fā)出了一種新型的手性光子發(fā)射器，其亮度和圓偏振度遠(yuǎn)超傳統(tǒng)發(fā)射器，且能在極端溫度下工作，為高亮度、強(qiáng)偏振光發(fā)射器的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供了新的方向。

這項(xiàng)研究不僅打破了傳統(tǒng)上認(rèn)為黑體輻射不可能是圓偏振的觀念，而且還提供了一種新型的材料和技術(shù)，可以在極端溫度下實(shí)現(xiàn)高效率、可調(diào)諧、耐用的圓偏振光發(fā)射。這對(duì)于發(fā)展新型的通信技術(shù)、量子光學(xué)計(jì)算、生物醫(yī)學(xué)技術(shù)以及高溫度環(huán)境下的傳感器等應(yīng)用具有重要的前景。

Jun Lu,?Hong Ju Jung, Ji-Young Kim, Nicholas A. Kotov*,?Bright, circularly polarized black-body radiation from twisted nanocarbon filaments,?Science,?