Tunable nonreciprocal thermal emitter based on metal grating and graphene

材料科学 石墨烯 光电子学 栅栏 热的 热辐射 共发射极 制作 磁场 光学 辐射 电压 纳米技术 物理 病理 气象学 热力学 医学 替代医学 量子力学
作者
Jun Wu,Feng Wu,Tiancheng Zhao,Xiaohu Wu
出处
期刊:International Journal of Thermal Sciences [Elsevier]
卷期号:172: 107316-107316 被引量:62
标识
DOI:10.1016/j.ijthermalsci.2021.107316
摘要

Various nonreciprocal thermal emitters, which provide opportunities for higher energy conversion efficiency, have been proposed to completely violate the traditional Kirchhoff's law. However, the tunable nonreciprocal thermal emitters remain barely investigated. In this paper, by sandwiching a graphene monolayer between a top metallic grating and a bottom magneto-optical film backed with a metallic mirror, we achieve tunable nonreciprocal radiation effect. It is shown that strong nonreciprocal radiation for graphene under initial state is realized at wavelength around 14.845 μm when the incident angle is 30° and the external magnetic field is 3 T. The physical origin behind such phenomenon is disclosed by investigating both the distribution of magnetic field at the resonant peak and the coupled-mode theory. Besides, the nonreciprocal radiation performance remains perfectly within certain range of structure parameters, which is benefit for practical fabrication and applications. More importantly, the strong nonreciprocal radiation of the proposed scheme can be flexibly tuned by the gate voltage of graphene without redesigning and refabricating the structure. We believe that this work will provide new approaches for the design of novel energy harvesting systems and nonreciprocal thermal emitters.
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