超材料让近距离热辐射传热更高效

当两个物体靠得极近（纳米级间距）时，热量可通过‘倏逝波’（如表面声子极化激元）以远超常规热辐射极限的方式快速传递。此前研究已在某些陶瓷材料中实现了这种超强近场热辐射。理论上，超材料（人为设计的新型复合结构）有望进一步突破现有材料的性能瓶颈，但一直缺乏实验证据。本研究成功制备了基于氮化硅薄膜的金‘分裂环谐振器’超材料器件，并通过精密热测量发现：相比普通金板或纯氮化硅膜，这种超材料结构能使近场热辐射传热提升数倍。进一步分析表明，这种增强源于分裂环谐振器自身的共振模式，以及它与氮化硅膜中表面声子极化激元的强耦合作用；该结论得到了电磁仿真和耦合模理论计算的双重验证。本工作首次为超材料调控近场热辐射提供了坚实的实验依据，为开发新一代高效热能收集器、高分辨率红外传感器等应用开辟了新路径。