突破基尔霍夫定律近200年限制：新研究让物体发射热量比吸收高43%

游戏天地 2025年07月03日 03:30 2 admin

IT之家 7 月 2 日消息，科技媒体 newscientist 昨日（7 月 1 日）发布博文，报道称来自宾夕法尼亚州立大学的科研团队突破了热辐射的基尔霍夫定律（Kirchoff's law）限制，这一物理学定律已有近两个世纪的历史。

IT之家注：基尔霍夫定律自 19 世纪以来一直有效，认为物体发射的热辐射（或热量）与其吸收的热量相等。此外该定律关联热力学定律，对任何吸收光的设备都有一定的限制。在不少科学家眼中，该定律所描述的限制是不可逾越的。

科研项目负责人 Linxiao Zhu 表示：“在通常的教科书中，你会读到基尔霍夫的热辐射定律是无条件正确的，并且它是热力学第二定律的要求。但实际上，它并非如此。”

为突破基尔霍夫定律限制，科研团队精心挑选材料和操控磁场，这是因为材料结构和磁性都会影响组成辐射的粒子（如光子）以及它们撞击材料后携带的能量。

研究人员制作了一种非常薄层的由铟、镓和砷组成的半导体，并精心指导其原子排列成特定的结构。他们将这种材料放在强电磁铁附近，并在不同温度、角度和磁场强度下对其照射不同颜色的光。

材料的结构与磁铁提供的持续磁力相结合，让材料吸收和发射的辐射之间产生了差异，发射的辐射比吸收的辐射高出 43%。

突破基尔霍夫定律近200年限制：新研究让物体发射热量比吸收高43%

Linxiao Zhu 表示，这种情况发生在多种颜色的光线下，这对于太阳能电池之类的设备来说是有利的，通常情况下这些设备接收到的通常是多种颜色的光混合。

加州大学洛杉矶分校的阿斯沃斯・拉曼表示，这个实验是将之前仅在计算中提出的想法变为现实的重要一步。他说，吸收和发射辐射之间的巨大差异“是个大事情”。

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这种新材料可以提高吸收光或热量的设备的效率，但由于这种效益需要磁铁，这可能难以整合到紧凑型设备中，并且难以大规模制造。

然而，拉曼对此持乐观态度，因为已经有新材料在磁性方面表现出色，而无需实际放置在磁铁附近，同时还有新的电磁技巧可以解决这个问题。

参考

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