研究透视：违反基尔霍夫热辐射定律 | 磁光材料

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热辐射Thermal emission（即所有具有有限温度的物体辐射电磁能的过程）通常是服从互易性，其中对于给定的波长和角度通道，从物体吸收和发射的辐射是相等的。这个等式1860年，古斯塔夫·基尔霍夫Gustav Kirchhoff正式提出，称之为基尔霍夫热辐射定律，长期以来，一直指导着控制发射辐射的设计。

为克服基尔霍夫定律的限制，开启了热发射器的众多应用和设计。可以利用吸收率和发射率关系的解耦，以实现新的功能，从在太阳能收集系统的背景下，减少对太阳的再发射损失到辐射伪装隐身等。

今日，美国 加州理工学院（California Institute of Technology）Komron J. Shayegan，Harry A. Atwater等，在Nature Photonics上发文，报道了直接测量到了光谱方向发射率和吸收率之间的不相等(注：非易性)，从而支持耦合到磁光材料的导模谐振光子设计。

在磁光材料砷化铟InAs中，将法向对角介电常数张量修正为非对角介电常数张量的平面内磁场情况下，出现了该发射率和吸收率之间的不等效应，并产生了反对称关系，其中，对于给定角度增强发射率的磁调谐，紧密相关于相同角度的降低吸收率。

Direct observation of the violation of Kirchhoff’s law of thermal radiation.

直接观测到违反基尔霍夫热辐射定律。

图1:耦合到n-砷化铟InAs 导膜共振guided-mode resonance，GMR结构的磁性可调发射和吸收的示意图，以及零场吸收率和发射率之间的比较。图2:在吸收率和发射率测量中，违反基尔霍夫定律。图3 在磁场中，发射率和吸收率的Onsager–Casimir关系。

（小注：基尔霍夫热辐射定律Kirchhoff’s law指出，在给定的热电磁辐射角度极化和频率下，物体的发射率必须等于物体的吸收率。由于发射和吸收之间的平衡，当一个物体吸收光时，它必须将能量发射回原源，从热辐射中获取能量的过程不可避免地遭受这种损失。通过违反基尔霍夫定律，打破系统的互易性，可以克服这一限制，提高能量收集的效率。利用磁光效应是设计非互易系统的一种广泛使用的方法。张德瑞）

文献链接

Shayegan, K.J., Biswas, S., Zhao, B. et al. Direct observation of the violation of Kirchhoff’s law of thermal radiation. Nat. Photon. (2023).

https://doi.org/10.1038/s41566-023-01261-6

https://www.nature.com/articles/s41566-023-01261-6

本文译自Nature。

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原标题：《研究透视：违反基尔霍夫热辐射定律 | 磁光材料》

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