通常，与环境处于热平衡的物体以相同速率发射和吸收热辐射（左图）。但研究人员开发了一种多层材料（右图），当其暴露于强磁?。˙）时，其发射率大于吸收率。

在《物理评论快报》最新刊登的一项研究中，宾夕法尼亚州立大学张哲农（Zhenong Zhang）团队带来了一个颠覆传统认知的发现 —— 一种精心设计的超材料竟然能以超越吸收的效率发射红外光。这个看似违背物理定律的成果，实则打开了热管理技术的全新维度。

打破百年定律的科学探索

基尔霍夫热辐射定律如同物理学界的 “平衡守护者”，早已明确物体在特定条件下吸收与发射红外光的强度必须相等。但近十年来，科研人员开始在理论层面叩击这一铁律的边界 —— 既然光与热的交互如此奇妙，为何不能打破这种互易性？

这种探索绝非纸上谈兵。从太阳能高效采集到热隐形装置研发，掌握材料对红外光的操控能力，就像握住了开启未来技术的钥匙。2023年，一支研究团队开展的开创性实验取得了令人振奋的成果。研究团队通过使用单层磁光材料砷化铟（InAs），并将其置于约1特斯拉的强磁场中（该磁场强度略低于核磁共振成像仪，但约为地球磁场的10万倍），成功实现了非互易性。尽管这一结果验证了理论预测，但该效应强度较弱，且仅在非常狭窄的条件范围内有效。

非互惠热辐射器的应用之一是将其放置在太阳能热光伏电池上方。这种布置方式可以通过优先将热辐射导向一个方向，从而帮助收集更多的太阳能。

五层材料构筑的 “热辐射引擎”

宾夕法尼亚州立大学张哲农（Zhenong Zhang）团队的突破堪称惊艳。他们构建的超材料由五层 440 纳米厚的电子掺杂铟镓砷（InGaAs）组成，最精妙的是掺杂浓度随深度递增的梯度设计。当这种 "三明治" 结构被转移到硅衬底上，置于 5 特斯拉强磁场中加热到 540 开尔文 (512 华氏度) 时，奇迹发生了 ——

通过定制的角分辨磁热发射光谱装置观测，该材料的非互易性效应达到了前所未有的 0.43，较之前的研究成果整整翻倍。更令人振奋的是，这种 “热辐射不对称性”在 13-23 微米的宽波长范围和多角度下都保持稳定，就像一台性能强劲的 “热辐射引擎”。

开启热管理技术的新纪元

张教授表示：“我们的实验首次实现了强非互易发射，非互易性高达0.43，远高于文献中报道的非互易性?！?/span>

研究人员推测，该领域进一步的进展可能带来新型热二极管和晶体管的突破，改进热光伏设计，以及其他热管理技术。

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