Zespół badawczy z University of Michigan pod kierownictwem dr Juna Lu i prof. Nicholasa Kotova wykazał, że mikro- i nanoskalowe skręty w żarniku wolframowym mogą sprawić, że emitowane światło przybiera formę “skręconych” fal, co opisano w czasopiśmie Science. Taka polaryzacja jest trudna do uzyskania tradycyjnymi metodami.
Czytaj też: Największy na świecie generator zasilany czystym wodorem już działa
Dr Jun Lu mówi:
Tradycyjne metody, takie jak luminescencja elektronów lub fotonów, nie zapewniają wystarczającej jasności przy produkcji skręconego światła. Zauważyliśmy, że bardzo stara technologia, jaką jest żarówka Edisona, może być zaskakująco skuteczna w generowaniu tych fotonów.
Żarówka Edisona może emitować skręcone światło
“Skręcone” lub “chiralne” światło to forma spolaryzowanego promieniowania, w której fale elektromagnetyczne rotują wokół swojej osi w prawo lub w lewo. W przeciwieństwie do tradycyjnych źródeł światła, które emitują światło niespolaryzowane lub liniowo spolaryzowane, nowa technologia pozwala uzyskać efekt eliptycznej polaryzacji światła. Podobne zjawiska można zaobserwować w naturze, np. w oczach niektórych krewetek, które mają 16 rodzajów fotoreceptorów, zdolnych do wykrycia polaryzacji światła i wykorzystania tego do polowania.
Czytaj też: Najwyżej położona elektrownia słoneczna świata już działa. Chińczycy dokonali niemożliwego
Zjawisko bazuje na prawach promieniowania ciała doskonale czarnego, które definiują widmo emitowanego światła w zależności od temperatury obiektu. W przypadku żarnika żarówki, którego temperatura wynosiła ponad 1178oC, światło emitowane miało odpowiednią długość fali, by rezonować z mikroskopijnymi skrętami w żarniku.
Dr Jun Lu wyjaśnia:
Kształt obiektu zazwyczaj nie ma dużego znaczenia w promieniowaniu cieplnym, ale w tym przypadku skręty w żarniku znacząco wpływają na polaryzację emitowanego światła.
Skręcone światło może znaleźć zastosowanie w systemach wizji maszynowej, zwłaszcza w robotyce i pojazdach autonomicznych. Dzięki zdolności do rozróżniania różnych kierunków skrętów, technologie te mogą lepiej identyfikować obiekty w otoczeniu.
Prof. Nicholas Kotov podsumowuje:
Te odkrycia mogą być kluczowe, na przykład dla autonomicznego pojazdu, który musi odróżnić człowieka od jelenia – oba emitują światło o podobnej długości fali, ale różnią się helikalnością ze względu na różnice w strukturze futra i tkanin.
Skręcone światło może odmienić cały sektor energetyczny. Polaryzacja światła odgrywa kluczową rolę w wydajności paneli słonecznych. Jeśli skręcone światło można by zoptymalizować pod kątem dostarczania energii do ogniw fotowoltaicznych, mogłoby to zwiększyć ich efektywność. Światło o odpowiedniej polaryzacji może być lepiej absorbowane przez półprzewodniki, co zmniejsza straty i podnosi efektywność przekształcania energii słonecznej w elektryczną.
Co więcej, technologie oparte na świetle, takie jak czujniki monitorujące stan turbin wiatrowych, sieci energetycznych czy elektrowni, mogą skorzystać ze zdolności skręconego światła do dostarczania bardziej precyzyjnych danych. Zwiększona kontrastowość i precyzja w wykrywaniu powierzchni czy zanieczyszczeń mogą zredukować koszty konserwacji i poprawić efektywność pracy systemów.
Chociaż żarówka Edisona wydaje się mniej efektywna energetycznie w porównaniu z LED-ami, nowa technologia może otworzyć drzwi do projektowania systemów oświetleniowych, które wykorzystują zjawiska skręconego światła w bardziej efektywny sposób. W przyszłości możliwe jest opracowanie żarówek lub laserów emitujących skręcone światło, które będą mniej energochłonne, jednocześnie oferując dodatkowe korzyści, takie jak lepsza kontrola emisji czy możliwość przesyłania informacji.