平面光子架构中跨越两种偏振的定向热发射
材料科学
2025-05-08 v1 应用物理
摘要
热发射的方向和光谱控制对于能量转换、成像和传感等应用至关重要。现有的平面、免光刻的介电常数近零 (ENZ) 薄膜仅通过 Berreman 模式支持横磁 (TM) 偏振的热发射控制，并且由于在光学和红外波长范围内缺乏天然的光学磁性，无法处理横电 (TE) 波。在此，我们引入了一种由简并掺杂和本征 InAs 交替层组成的双曲超材料，它表现出介电常数和磁导率近零 (EMNZ) 响应，从而实现了双偏振、方向性和光谱选择性热发射。我们首先从理论上证明，完美磁导体上的磁导率近零 (MNZ) 薄膜支持磁 Berreman 模式，能够吸收 TE 偏振辐射，类似于传统 Berreman 模式在 TM 偏振中支持的模式。利用遗传和梯度下降优化，我们设计了一种具有独立可调光谱峰值和发射角的双偏振发射器。通过均匀化进行的参数反演证实了在目标波长和角度处同时存在 EMNZ 点。最后，通过分子束外延制造的样品的实验测量显示出两种偏振的高吸收峰，与模拟结果高度吻合。这项工作实现了无光刻、双偏振、光谱和方向选择性发射器，为先进的红外热管理和器件集成提供了一个多功能平台。
引用
@article{arxiv.2505.03905,
title = {Directional Thermal Emission Across Both Polarizations in Planar Photonic Architectures},
author = {David E. Abraham and Daniel Cui and Baolai Liang and Jae S. Hwang and Parthiban Santhanam and Linus Kim and Rayen Lin and Aaswath P. Raman},
journal= {arXiv preprint arXiv:2505.03905},
year = {2025}
}