论文信息：

Jun Wu, Biyuan Wu, Zhongmin Wang, and Xiaohu Wu, The enhanced nonreciprocal radiation with topological interface states, Optics and Laser Technology 158, 108907(2023).

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2022.108907

成果简介

近日，山东高等技术研究院吴小虎教授课题组，在期刊《Optics and Laser Technology》上发表了题为“The enhanced nonreciprocal radiation with topological interface states”的研究性论文。

近场及远场热辐射在众多领域均有广泛应用。基尔霍夫定律是热辐射中最重要的定律之一，它表明在热平衡条件下，材料的发射率和吸收率是相等的。此外，基尔霍夫定律一直是指导设计热辐射器件的关键，但当结构引入非互易介质(如Weyl半金属和磁光材料)时，传统的基尔霍夫定律则不成立。同时近年来，拓扑界面态（TIS）的研究因其强大的单向传输特性而备受关注。然而 拓扑现象在非互易热辐射中的科学应用却较为缺乏。本文通过在两个非对称拓扑光子晶体之间插入一层Weyl半金属薄膜使非互易辐射效应得到极大增强。并基于设计结构对其吸收、发射以及非互易性进行了模拟和研究。通过对磁场强度分布的研究，揭示了这一现象背后的物理根源。同时扩展了设计的方案，以实现三波段强非互易辐射和具有较大非互易性的单波段非互易辐射。

图文导读

图1. 实现近完美非互易辐射的设计结构示意图

图2. 60°入射角下的光谱吸收和发射以及光谱非互易性

图3. λ = 10 μm时归一化磁场的振幅

图4. 当λ=10μm时，α、e和η与入射角的变化关系

图5. 入射角为47°时的光谱吸收率和发射率以及光谱非互易性

图6. 入射角为55°时的吸收率和发射率以及非互易辐射光谱

图7. 当m=4，n=6时，λ=10μm处归一化磁场的振幅

结论与展望

综上所述，本文设计并研究了一种新型的非互易热发射器，该发射器由两个不对称拓扑光子晶体及其中间插入的Weyl半金属膜组成。当入射角为60°时, 在波长10μm处可获得0.939的强非互易辐射，这是由两个非对称拓扑光子晶体之间的边界激发的拓扑界面态引起的。此外，本文还模拟了归一化磁场的振幅，以解释非互易辐射增强的物理原理，并扩展了设计方案，以实现三波段强非互易辐射。该项工作有望促进新型能量收集装置和红外隐身的设计。

热辐射与微纳光子学

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吴小虎

山东高等技术研究院教授

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