Aturan baru menjelaskan bagaimana benda menyerap dan memancarkan cahaya

[wongdusun]

Peneliti Princeton telah mengungkap aturan baru yang mengatur bagaimana benda menyerap dan memancarkan cahaya, Memperinci kontrol ilmuwan atas cahaya dan meningkatkan penelitian mengenai perangkat surya dan optik generasi berikutnya.
Penemuan ini memecahkan masalah skala yang sudah berlangsung lama, di mana perilaku cahaya ketika berinteraksi dengan benda-benda kecil melanggar hukum fisika mapan yang diamati pada skala yang lebih besar.

"Jenis efek yang Anda dapatkan untuk objek yang sangat kecil berbeda dari efek yang Anda dapatkan dari objek yang sangat besar," kata Sean Molesky, seorang peneliti postdoc di bidang teknik listrik dan penulis pertama studi tersebut. Perbedaannya dapat diamati ketika membandingkan cahaya bergerak mulai dari dari molekul ke sebutir pasir. "Kamu tidak bisa menggambarkan kedua hal itu secara bersamaan," katanya.

Masalahnya berasal dari sifat dualisme cahaya yang terkenal. Untuk benda biasa, gerakan cahaya bisa digambarkan dengan garis lurus, atau sinar. Tetapi untuk objek mikroskopis, sifat-sifat gelombang cahaya mengambil alih dan aturan-aturan rapi dari hukum optik rusak. Efeknya signifikan. Dalam bahan modern sekarang, pengamatan pada skala mikro menunjukkan cahaya inframerah yang memancarkan jutaan kali lebih banyak energi per satuan luas daripada yang diprediksi oleh hukum optik sinar.

Aturan baru, yang diterbitkan dalam Physical Review Letters pada 20 Desember, memberi tahu para ilmuwan seberapa banyak cahaya inframerah yang bisa diserap atau dipancarkan suatu benda dari skala apa pun, menyelesaikan perbedaan yang sudah berlangsung beberapa dekade antara skala besar dan kecil. Karya ini memperluas konsep abad ke-19, yang dikenal sebagai benda hitam atau black body, ke dalam konteks modern yang bermanfaat. Blackbodies/benda hitam adalah objek ideal yang menyerap dan memancarkan cahaya dengan efisiensi maksimum.

"Ada banyak penelitian yang dilakukan untuk mencoba memahami dalam praktik, untuk materi yang diberikan, bagaimana seseorang dapat mendekati batas-batas blackbody ini," kata Alejandro Rodriguez, seorang profesor teknik elektro dan peneliti utama studi tersebut. "Bagaimana kita bisa membuat penyerap yang sempurna? Emitor yang sempurna?"

"Ini masalah yang sangat lama yang oleh banyak fisikawan termasuk Planck, Einstein, dan Boltzmann - ingin ditangani sejak awal dan meletakkan dasar bagi pengembangan mekanika kuantum."

Sejumlah besar karya sebelumnya telah menunjukkan bahwa penataan objek dengan fitur skala nano dapat meningkatkan penyerapan dan emisi, secara efektif menjebak foton di dalam aula kecil dengan cermin didalamnya. Tapi tidak ada yang dapat mendefinisikan batasan mendasar dari kemungkinan yang terjadi, meninggalkan pertanyaan besar terbuka tentang bagaimana menilai suatu desain obyek tersebut.

Tidak lagi terbatas pada coba-coba kasar, tingkat kontrol yang baru akan memungkinkan para insinyur untuk mengoptimalkan desain secara matematis untuk beragam aplikasi masa depan. Pekerjaan ini sangat penting dalam teknologi seperti panel surya, sirkuit optik dan komputer kuantum.

Saat ini, temuan tim khusus untuk sumber cahaya termal, seperti matahari atau seperti bola lampu pijar. Tetapi para peneliti berharap untuk menggeneralisasi pekerjaan lebih lanjut dengan sumber cahaya lain, seperti LED, kunang-kunang, atau petir.