《電磁超介質的紅外相干熱輻射特性及其近場傳輸機理》是依託哈爾濱工業大學，由姜永遠擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：電磁超介質的紅外相干熱輻射特性及其近場傳輸機理
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：姜永遠
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
納米技術的發展，使得人們可以自如地構造和製備性能優異的電磁超介質（Metamaterials），通過修改材料的微結構來調控其物理性質。兩物體間在非熱平衡條件下的熱輻射傳輸過程，尤其是近場條件下的熱輻射傳輸和溫度控制對光子集成迴路設計具有重要意義；同時，高發射率和高相干性的紅外熱輻射源在熱光伏器件領域有著重要的套用前景。本課題擬從三明治漁網結構電磁超介質以及含負折射超介質的光子晶體量子阱微結構的局域光子態密度的嚴格計算入手，考慮干涉效應和光量子隧穿效應，採用漲落耗散理論和有限元算法，研究不同結構體系的局域光子態密度與微結構體系的單元性質、構成、對稱性等的對應關係和調控機理，進而探討電磁超介質的紅外相干熱輻射特性及其近場熱輻射傳輸機理，實驗測量金屬-電介質-金屬三明治漁網結構電磁超介質和納米粒子間的近場熱輻射傳輸特性，設計並製備特定波段的高發射率的光子晶體量子阱微結構紅外相干熱輻射源。
結題摘要
電磁超材料的獨特電磁性質及其對熱輻射的調控能力為太陽能的合理使用和工業餘熱的有效回收等實際工程領域提供了發展的機遇。當兩輻射體的換熱間距與熱輻射的中心波長可比擬或較之更小時，巨觀熱輻射的理論在解決這類近場熱輻射問題時將不再適用。設計並最佳化電磁超材料，探究電磁超材料對熱輻射和近場熱傳輸的調控作用，對於微尺度下熱輻射光譜的調控及其近場熱傳輸機理的探究，以及電磁超材料的器件化和產業化具有重要的意義。本課題主要研究幾種典型的電磁超材料的熱輻射和近場熱傳輸特性，探究電磁超材料的熱輻射和近場熱傳輸增強的物理機制，研究結果為熱輻射和近場熱傳輸光譜的調控以及頻率選擇性增強提供了理論基礎。以原子相干和量子干涉為基礎，理論研究了在相干稠密原子氣體中實現雙頻段或多頻段左手效應以及實現 Kerr 非線性效應增強特性。採用雙色耦合場代替單色耦合場驅動Λ型三能級原子系統，通過調節雙色耦合場的 Rabi 頻率和頻差，可以在多個頻率區間內實現左手性。 採用密度泛函理論研究了銀納米糰簇二聚體的非線性極化率增強特性，討論了銀納米糰簇二聚體的超極化率隨兩個納米糰簇單體之間的距離變化情況。利用多重散射理論討論了銀納米粒子對陣列銀膜結構的多模式表面等離激元耦合激發以及共振吸收特性。研究了雙金屬光柵構成微腔中的SPP布洛赫模式、FP腔模式、波導模式之間的相互作用。研究了兩個非對稱金納米帶陣列構成的微腔內因相位耦合作用而產生的單向光譜回響及其在單向雷達隱身、熱二極體等器件設計方面的潛在套用。研究了介質圓盤和金屬薄膜複合結構中SPP在介質圓盤邊緣陰影區形成的納米噴射現象。基於隨機Maxwell方程和漲落電動力學，結合格林函式方法，考慮電磁超材料的磁回響，理論上給出半無限大電磁超材料在真空中的近場熱輻射局域態密度解析表達式。研究了近紅外波段的漁網狀電磁超材料FMMs的近場熱輻射特性以及兩FMMs之間的近場熱傳輸特性，研究表面聲子極化子以及布洛赫模式調製的雙曲型電磁超材料(HMM) 近場熱傳輸特性，以及SiC納米探針和HMM之間的頻率選擇性增強，通過設計基於磁偶極共振的雙L型電磁超材料，實現了入射角、偏振方向以及幾何尺寸無關的紅外吸收，實驗製備雙L型電磁超材料並研究其紅外吸收特性，這對於TPV系統中工作在近紅外波段的熱源的開發具有重要的研究意義。
