浙江大学李强教授课题组LPR：全长波红外定向热辐射

创新点：浙江大学李强教授课题组提出了将电介质薄膜与亚波长的近零介电常数材料（ENZ）薄膜结合，利用法布里珀罗腔形成级联的Berreman模式，实现了全长波红外大气窗口的定向热辐射。

关键词：Laser & Photonics Reviews，长波红外，定向热辐射，近零介电常数材料

热辐射是自然界普遍存在的物理现象。生活中大部分物体的热辐射能量主要集中在8-14 微米的长波红外光中。同时，8-14微米对应着最重要的红外热辐射大气透过窗口。因此，实现对整个长波红外光的调控对于红外探测器、辐射制冷和红外隐身等应用的研究是至关重要的。目前的研究主要集中在对红外光的波长调控上，通过多层光子晶体或者超材料可以实现覆盖整个长波红外的非定向的热辐射器。然而，这些热发射器通常缺乏方向性控制，这会导致大量能量损耗在不需要的方向上。虽然通过二维材料、基于表面等离激元的超表面或者极性材料可以实现定向的热辐射器件。但是，这些定向热辐射的调控本质上都是窄带的，无法覆盖整个长波红外大气窗口。因此，如何实现覆盖整个长波红外大气窗口的定向热辐射仍然是一个科学难题。

来自浙江大学和西湖大学研究团队最近报道了全长波红外定向热辐射的最新研究成果。该团队突破常规思路，超越定向热辐射的窄带制约，提出了将电介质薄膜与亚波长的近零介电常数材料（ENZ）薄膜结合，利用法布里珀罗腔形成级联的Berreman模式，制备出了全长波红外大气窗口的定向热辐射器件。该定向热辐射器件在小角度观察时呈现和金属一样的低辐射特性，而在大角度观察时呈现和黑体一样的高辐射特性。该全长波红外定向辐射器具有三大显著特点：（a）高定向性：辐射能量集中在72°-82°方向上(辐射率大于0.9)，而在0°方向几乎不辐射能量(辐射率小于0.18)；（b）宽带特性：器件在整个长波红外大气窗口（8-14 μm）都表现出定向热辐射特性；（c）大面积制备：器件的制备仅涉及薄膜沉积且其厚度只有1.91μm，它可以大面积地沉积在不同的柔性衬底上。

本项成果不仅拓展了目前对定向热辐射的认识，也为同时调控热辐射的带宽和方向性引入了新的思路。该方法也同样适用于铟锡氧化物、氧化镉等其它材料体系，具有极好的扩展性，将有力推动热红外光源、红外伪装、辐射制冷等领域的发展。浙江大学博士研究生应云斌为本文的第一作者，李强教授为该文的通讯作者。论文合作单位包括西湖大学仇旻教授团队。