Super-Planckian thermal radiation enabled by coupled quasi-elliptic 2D black phosphorus plasmons
Super-Planckian thermal radiation enabled by coupled quasi-elliptic 2D black phosphorus plasmons
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准椭圆二维黑磷等离子体激元耦合实现超普朗克热辐射
DOI：
10.1016/j.applthermaleng.2018.08.081
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发表时间：
2018-11
影响因子：
6.4
通讯作者：
Huan He
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Jiadong Shen;Shu Guo;Xianglei Liu（刘向雷）;Baoan Liu;Weitao Wu;Huan He
新加入的二维层状材料-黑磷（BP），由于强的面内结构各向异性，表现出奇异的电学，光学和热学性质，而其热辐射性质仍在很大程度上未被探索。在这里，我们研究了单层/多层BP的近场热辐射，发现单层BP可以支持黑体上三个数量级的增强热交换，甚至超过优化的石墨烯片约18.5%。导出了耦合各向异性BP表面等离子体激元的色散关系，发现它与倏逝波的能量传输轮廓有很好的一致性。因此，突出的热辐射率可以归因于准椭圆BP SPP的激发，使其独特的结构各向异性和掺杂。随着层数的增加，近场辐射热通量单调减小。潜在的机制在于增加的虚部的光学电导率，但弱耦合高波矢光子。该工作有助于阐明单层/多层BP的近场热辐射机理，为新兴BP在非接触热管理和能量转换中的应用奠定了基础。
New-joined 2D layered material – black phosphorus (BP), due to strong in-plane structural anisotropy, has exhibited exotic electrical, optical, and thermal properties while its thermal radiative properties are still largely unexplored. Here, we investigate near-field thermal radiation of mono/multilayer BP, and find that monolayer BP can support three-order-of-magnitude enhanced heat exchange over blackbodies, even exceeding optimized graphene sheets by around 18.5%. We derive the dispersion relation of coupled anisotropic BP surface plasmon polaritons (SPPs), which is find to have a good agreement with the energy transmission contour of evanescent waves. The prominent thermal radiation rate thus can be attributed to the excitation of quasi-elliptic BP SPPs enabled by its unique structural anisotropy and doping. With increasing number of layers, near-field radiative heat flux decreases monotonously. The underlying mechanism lies in the increased imaginary part of optical conductivity but weak coupling with high-wavevector photons. This work helps elucidate the near-field thermal radiation mechanism of mono/multilayer BP, and paves the way for the application of emerging BP in noncontact thermal management and energy conversion.
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DOI：
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发表时间：
2017
期刊：
2017 IEEE International Symposium on Signal Processing and Information Technology (ISSPIT)
影响因子：
--
作者：
Francisco V. Ramírez;S. Shen;A. McGaughey
通讯作者：
Francisco V. Ramírez;S. Shen;A. McGaughey
影响因子：
4.6
作者：
Messina, Riccardo;Ben-Abdallah, Philippe
通讯作者：
Ben-Abdallah, Philippe
DOI：
10.1109/ipcon.2016.7831272
发表时间：
2016
期刊：
--
影响因子：
--
作者：
Li Zizhuo;Aydin Koray
通讯作者：
Li Zizhuo;Aydin Koray
影响因子：
20.6
作者：
F. Xia;Hugen Yan;P. Avouris
通讯作者：
F. Xia;Hugen Yan;P. Avouris
DOI：
10.1016/j.jqsrt.2017.09.002
发表时间：
2018
影响因子：
2.3
作者：
M. Elzouka;S. Ndao
通讯作者：
M. Elzouka;S. Ndao