山东师范，第一通讯单位Nature子刊

第一作者：孙开礼

通讯作者：韩张华、黄陆军

通讯单位：山东师范大学、华东师范大学

论文速览

迄今为止，大多数报道的采用光子纳米结构来实现窄带宽的热发射器由于所涉及的高Q共振的陡峭色散而具有彩虹效应。

本论文提出了一种新型的热辐射体，该热辐射体通过在高折射率圆盘的正方形晶格中引入几何扰动，实现了在宽波矢范围内的平带设计，从而实现了具有高时间相干性且无彩虹效应的热辐射。这种设计通过使第一布里渊区减半，将导模式折叠到Γ点，并与原有的导模共振相互作用，形成具有整体高Q值的平坦色散带。

实验上，即使使用蒸发的非晶材料，在5.144微米处具有23纳米线宽的热辐射，即使在-17.5°至17.5°的宽输出角度范围内。

图文导读

图1：高Q非局域超表面的不同色散行为下的光谱响应，以及设计的热辐射体的几何结构艺术图。

图2：未扭曲的光子晶格(SDS)沿FBZ内不同方向支持的色散带，以及从SDS到DDS转变后新FBZ内的色散带。

图3：热辐射体性能的数值分析。

图4：实验中制造的DDS结构的SEM图像，以及在不同温度下(175, 200, 225, 250, 和 275°C)的热辐射强度。

图5：DDS和对称性破坏的SDS(SB-SDS)热辐射体的SEM视图，以及在y和x输出方向上的测量角度依赖的发射光谱。

图6：有限周期结构的热辐射。

总结展望

本研究的亮点在于提出了一种新型的超窄带中红外热辐射体，该热辐射体通过扭曲光子晶格实现了平坦带设计，从而在宽波矢范围内实现了高时间相干性且无彩虹效应的热辐射。实验结果表明，即使在宽输出角度范围内，也能维持极高的发射线宽和Q因子，这对于提高热辐射体的能量利用效率和简化系统设计具有重要意义。

此外，该热辐射体的温度调谐特性为精确光谱匹配提供了新的手段，有利于非色散红外(NDIR)传感等领域的应用。未来的工作可以探索使用更先进的沉积技术来提高材料质量，进一步减小线宽，并探索更复杂的偏振输出设计，以实现全偏振态的控制。

文献信息

标题：Ultra-narrowband and rainbow-free midinfrared thermal emitters enabled by a flat band design in distorted photonic lattices

期刊：Nature Communications

DOI：10.1038/s41467-024-48499-4