Wide-angle and broadband nonreciprocal thermal emitter with cascaded dielectric and Weyl semimetal grating structure

宽带 光学 电介质 栅栏 物理 辐射 光电子学 微波食品加热 辐射特性 带宽(计算) Weyl半金属 半金属 电信 计算机科学 量子力学
作者
Jun Wu,Ye Ming Qing
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:122 (1) 被引量:80
标识
DOI:10.1063/5.0134234
摘要

The recent review [Phys. Rev. Appl. 18, 027001 (2022)] has considered that the existing schemes of nonreciprocal radiation are greatly limited by the narrow-operated bandwidth and small angular range. To address these key challenges, here, the wide-angle and broadband nonreciprocal radiation based on cascaded dielectric and Weyl semimetal (WS) grating atop a thick continuous metal film is investigated. It is shown that strong nonreciprocal radiation with nonreciprocity larger than 0.9 is achieved in the spectral range of 14.77–16.175 μm for the angle of 59°. The physical origin behind this broadband nonreciprocal radiation is revealed through investigating the magnetic field distributions at several selected wavelengths and is also confirmed by the impedance matching theory. In addition, the broadband nonreciprocal radiation performance remains stably in a wide parameter space. Furthermore, it is found that the broadband spectral nonreciprocity can be maintained well in a wide angular range, in particular, above 0.7 nonreciprocity can be realized in the wavelength range of 14.5–16.5 μm for the angle between 36° and 64.5°. Both features make the proposed scheme very attractive for real production. Finally, the broadband spectral nonreciprocity can be flexibly controlled through change in the axial vector of the WS. We believe that the conclusions will pave the way for designing energy harvesting and conversion devices with improved efficiency.
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