利用二维材料探索超普朗克远场辐射传热的极限

近来有预测指出，若两个宏观系统之一的某一维度远小于热波长（室温下 $\lambda_{\rm Th} \approx 10\, \mu$m），则其间的远场辐射传热可大幅突破普朗克定律所设极限。为探索普朗克定律远场违背的终极极限，本文给出二维（2D）材料间辐射传热的理论研究。我们表明，具有单原子厚度几何截面的两个共面系统所交换的远场热辐射可超出黑体普朗克定律理论极限逾 7 个数量级，并可与同距离下两平行薄片的传热相比拟。特别地，我们以不同材料（如石墨烯——其辐射亦可由外栅压调谐——以及单层黑磷）阐释此现象。两种情况下远场辐射传热均由 TE 极化导模主导，表面等离激元不起作用。我们的预言为二维材料间热辐射交换机制提供了新见解。