由石墨烯表面等离极化激元驱动的三体辐射二极管性能改进
光学
2023-09-11 v1 应用物理
摘要
作为电学二极管的类比，辐射热二极管通过非接触模式使辐射在一个方向的传输比相反方向更高效。本研究中，我们证明在三体光子热隧穿框架下，通过将石墨烯引入系统可大幅改进三体辐射二极管的整流性能。该系统由三块平行板组成，二极管的冷、热端涂覆石墨烯薄膜，中间体由二氧化钒（VO2）制成。所提辐射热二极管的整流因子在冷热端间距350 nm时达到300%。借助石墨烯，辐射热二极管的整流性能可提升超过11倍。通过分析光谱热流与能量传输系数，发现性能改进主要归因于石墨烯的表面等离极化激元（SPPs）。在正偏置情形下，它们通过在石墨烯与VO2间形成强耦合模式激发绝缘态VO2的模式，从而急剧增强热流。而在反偏置情形下，VO2处于金属态，故石墨烯SPPs无法通过三体光子热隧穿起作用。此外，还针对不同石墨烯化学势及三体系统几何参数研究了该改进。我们的发现证明了使用基于热光子的逻辑电路、创建基于辐射的通信技术以及实现纳米尺度热管理方法的可行性。
引用
@article{arxiv.2306.13851,
title = {Performance improvement of three-body radiative diode driven by graphene surface plasmon polaritons},
author = {Ming-Jian He and Xue Guo and Hong Qi and Zhi-Heng Zheng and Mauro Antezza and He-Ping Tan},
journal= {arXiv preprint arXiv:2306.13851},
year = {2023}
}