Forskare vid Technion har för första gången utvecklat en heltäckande fysikalisk modell som förklarar hur egenskaperna hos ett ljusavgivande material – däribland absorption, emission och kvanteffektivitet – påverkar de grundläggande egenskaperna hos det ljus som det avger, beroende på temperaturen.
I korthet innebär detta att det avgivna ljuset ändrar färg, intensitet och slumpmässighet beroende på materialets egenskaper och dess temperatur. Upptäckten publicerades i Optica och öppnar nya möjligheter för att utforma avancerade ljuskällor, optiska sensorer och termiskt baserade fotoniska system.
Forskningen leddes av masterstudenten Tomer Bar-Lev och professor Carmel Rotschild från fakulteten för maskinteknik och Russell Berrie Nanotechnology Institute vid Technion. Enligt forskarna är det centrala fenomenet som undersöks i detta arbete fotoluminescens, en process där ett material avger ljus som svar på infallande belysning. I detta fenomen absorberas ljuspartiklar (fotoner) av materialet och avges på nytt, vilket utgör grunden för många tekniker, inklusive LED-belysning och optiska sensorer.
Forskarna vid Technion visade att inflytandet från grundläggande fysikaliska lagar som formulerades för mer än ett sekel sedan är betydligt bredare än man tidigare trott.
I början av 1900-talet visade fysikern Max Planck att ett föremål i termodynamisk jämvikt avger strålning beroende på dess temperatur och materialegenskaper. En annan tysk fysiker, Gustav Kirchhoff, visade att under samma förhållanden måste ett materials absorptions- och emissionsegenskaper vara identiska.
Det nya arbetet av forskarna vid Technion sträcker sig bortom det specifika fallet med termisk strålning till alla typer av strålning, vilket generaliserar förhållandet mellan materia och strålning utanför jämvikt. Dessutom presenterar de i sin artikel en allmän ekvation som möjliggör förutsägelser och, framför allt, utformning av egenskaperna hos det ljus som avges från självlysande material.
Den nya modellen beskriver hur stigande temperatur gradvis omvandlar det avgivna ljuset, från väldefinierad, smalbandig strålning, såsom från en LED, till bred, mångfärgad strålning likt solljus. På så sätt förklarar modellen för första gången fullständigt hur dessa två fenomen är fundamentalt sammankopplade.
Denna vetenskapliga upptäckt banar väg för att styra ljusets egenskaper genom att helt enkelt justera temperaturen. Potentiella framtida utvecklingar inkluderar avancerade optiska enheter, kommunikationsteknik, precisionssensorer samt tillämpningar inom optisk kylning och värmehantering.
Enligt professor Rotschild: ”Den modell vi utvecklat ger en bred grund för att förstå ljusets egenskaper och för att utforma strålningskällor med de materialegenskaper vi önskar. Den erbjuder ett nytt fysikaliskt ramverk för nästa generations ljuskällor.”
Publikationsuppgifter
Tomer Bar Lev et al, Temperature-dependent evolution of coherence, entropy, and photon statistics in photoluminescence, Optica (2026). DOI: 10.1364/optica.579893
