Metamaterial, som är konstruerade för att ha egenskaper som inte finns i naturen, har länge utvecklats och studerats på grund av deras unika egenskaper och spännande applikationer. Dock, fysiken bakom deras termiska emissionsegenskaper har förblivit oklara för forskare – fram till nu.

I ett papper publicerat i Fysiska granskningsbrev , Sheng Shen, en docent vid Carnegie Mellons avdelning för maskinteknik, och hans elev Jiayu Li, en Ph.D. kandidat, har skapat en ny skallag för att beskriva den termiska emissionen från metasytor och metamaterial.

"Med denna nya skallag som avslöjar den underliggande fysiken bakom det kollektiva termiska emissionsbeteendet hos metamaterial, forskare kan enkelt använda befintliga design- och optimeringsverktyg för att uppnå önskade termiska emissionsegenskaper från metamaterial, istället för att blint söka efter den bästa lösningen genom att kartlägga hela designutrymmet, "Sa Li.

Termisk emission avser den typ av ljus ett material avger. Till exempel, människor avger infrarött ljus, medan glödande het metall avger synligt ljus. I allmänhet, termisk emission beror på ett objekts temperatur och sammansättning. Metasytor, dock, avviker från vår klassiska förståelse av termisk emission på grund av deras unika struktur under våglängdsskala.

Effekten av Shen och Lis nya skalalag kommer att ses inom många områden, inklusive elektroteknik, optoelektronik, materialvetenskap, och termisk teknik. Tillämpningar av metamaterial inkluderar solenergiskörd, optiska filter, och termisk kamouflage.

"På CMU, vi tillämpar denna nya skalalag för att designa nya metamaterialbaserade termiska infraröda enheter för en mängd olika applikationer inklusive infraröd signaturkontroll, infraröd avkänning, Termisk hantering, och termisk energiomvandling, "Sa Shen.

Pappret, med titeln "Skallagen för termisk strålning från fjärrfält från Plasmoniska metasytor, "publicerades i Fysiska granskningsbrev i mars 2020. Ph.D. kandidaten Bowen Yu var en ytterligare författare.