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普林斯頓大學的研究人員發現了控制物體如何吸收和發射光線的新規則，微調了科學家對光的控制，促進了下一代太陽能和光學設備的研究。
這一發現解決了一個長期存在的尺度問題，即光與微小物體相互作用時的行為違反了在更大尺度上觀察到的既定物理約束。
電子工程博士後研究員、該研究的第一作者肖恩·莫萊斯基說：「你對非常小的物體產生的影響與對非常大的物體產生的影響不同。在從一個分子移動到一粒沙子上可以觀察到這種差異。你不能同時描述這兩件事。」
這個問題源於光的著名變形性質。對於普通物體，光的運動可以用直線來描述。但對於微觀物體來說，光的波動特性佔據了主導地位，直線光學的整齊規則被打破，其影響是顯著的。在重要的現代材料中，在微米尺度上的觀測表明，紅外光輻射的單位面積能量是直線光學預測的數百萬倍。
12月20日發表在《物理評論快報》上的新規則告訴科學家，一個任何尺度的物體可以吸收或發射多少紅外光，解決了幾十年來大小物體之間的差異。這項工作將一個19世紀的概念黑體擴展到一個有用的現代背景。黑體是理想的物體，以最大的效率吸收和發射光。
「已經做了很多研究，試圖在實踐中了解，對於給定的材料，人們如何接近這些黑體極限。」電子工程副教授、該研究的首席研究員亞歷杭德羅·羅德裡格斯說，「我們怎樣才能製造出一個完美的吸收體和完美的發射體？」
這是一個古老的問題，許多物理學家，包括普朗克、愛因斯坦和玻爾茲曼早就解決了這個問題，為量子力學的發展奠定了基礎。
先前的大量工作表明，構造具有納米級特徵的物體可以增強吸收和發射，有效地將光子捕獲在一個小的反射鏡大廳中。但是，沒有人定義可能的基本限制，留下了如何評估設計的主要問題。
新的控制水平不再局限於暴力試驗和錯誤，將允許工程師在數學上優化設計，以適應未來的廣泛應用。這項工作在太陽能電池板、光學電路和量子計算機等技術中尤為重要。
目前，研究小組的發現是針對熱光源的，比如太陽或白熾燈泡。但研究人員希望進一步概括這項工作，使之與其他光源，如LED、螢火蟲或電弧光相一致。