Metamaterialen, die zijn ontworpen om eigenschappen te hebben die niet in de natuur voorkomen, zijn al lang ontwikkeld en bestudeerd vanwege hun unieke eigenschappen en opwindende toepassingen. Echter, de fysica achter hun thermische emissie-eigenschappen is tot nu toe onduidelijk gebleven voor onderzoekers.

In een paper gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven , Sheng-Shen, een universitair hoofddocent aan de afdeling werktuigbouwkunde van Carnegie Mellon, en zijn leerling Jiayu Li, een doctoraat kandidaat, hebben een nieuwe schaalwet gecreëerd om de thermische emissie van meta-oppervlakken en metamaterialen te beschrijven.

"Met deze nieuwe schaalwet die de onderliggende fysica achter het collectieve thermische emissiegedrag van metamaterialen blootlegt, onderzoekers kunnen eenvoudig bestaande ontwerp- en optimalisatietools gebruiken om de gewenste thermische emissie-eigenschappen van metamaterialen te bereiken, in plaats van blindelings te zoeken naar de beste oplossing door de hele ontwerpruimte in kaart te brengen, ' zei Li.

Thermische emissie verwijst naar het type licht dat een materiaal uitstraalt. Bijvoorbeeld, mensen zenden infrarood licht uit, terwijl gloeiend heet metaal zichtbaar licht uitzendt. In het algemeen, thermische emissie hangt af van de temperatuur en samenstelling van een object. meta-oppervlakken, echter, afwijken van ons klassieke begrip van thermische emissie vanwege hun unieke subgolflengteschaalstructuur.

De impact van de nieuwe schaalwet van Shen en Li zal op veel gebieden te zien zijn, inclusief elektrotechniek, opto-elektronica, materiaal kunde, en thermische techniek. Toepassingen van metamaterialen zijn onder meer het oogsten van zonne-energie, optische filters, en thermische camouflage.

"Bij CMU, we passen deze nieuwe schaalwet toe om nieuwe op metamateriaal gebaseerde thermische infraroodapparaten te ontwerpen voor een verscheidenheid aan toepassingen, waaronder infraroodhandtekeningcontrole, infrarood detectie, thermisch beheer, en thermische energieomzetting, ' zei Sheen.

De krant, getiteld "Schaalwet van verre-veld thermische straling van plasmonische metasurfaces, " werd gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven in maart 2020. Ph.D. kandidaat Bowen Yu was een extra auteur.