Discovery of the accidentally degenerate Dirac cone at the band center of a photonic crystal led to all-dielectric epsilon-and-mu-near-zero metamaterial (EMNZ MM) or zero refractive index metamaterial. The liner dispersion of the Dirac cone and resulting non-zero group velocity of light at the band center allowed spatial coherency applications such as incidence angle-selective filter, directional quantum dot emitter, and directional antenna. On the other hand, thermal radiation from a heated object has been known as a textbook example of a spatially and temporally incoherent source of light. Here a partially spatially coherent thermal emitter realized by EMNZ MM-coating is suggested, analyzed with transfer matrix, demonstrated numerically and experimentally. Based on the multiple scattering theory, the condition for the accidental degeneracy can be found in an array of conventional Mie scattering rods, which allows a thermal analogy of a phase-matched array antenna. This EMNZ MM-coated thermal emitter is expected to complement the metallic loss, limited working frequency, and quadratic dispersion of previously reported partially spatially thermal emitters based on plasmonic surface wave, phonon surface wave, and photonic crystal-based directional emitters respectively. The resulting device may find its use as a compact thermal infrared source with relatively arbitrary working frequency.
유전체 광결정 밴드 중심의 우연적 축퇴 Dirac 콘의 발견으로 금속 손실로부터 자유로운 0의 유전율과 투자율을 갖는 메타물질이 구현되어 왔다. 정의에 의해 0의 굴절률을 갖는 이 메타물질은 Dirac 콘의 선형 분산으로 인해 밴드 중심에서 0이 아닌 군속도를 가져 입사각도 선택적 투과체, 지향성 양자점 발광, 지향성 안테나 등의 특유의 공간 결맞음을 이용한 응용을 가능케 했다. 한편 일반적인 열원의 방사광은 낮은 공간, 시간 결맞음을 갖는 것으로 여겨져 왔다. 본 논문은 0의 유전율과 투자율을 갖는 메타물질 코팅으로 방사광의 공간 결맞음을 높이는 방법을 제안하고 전달행렬방법, 수치해석과 실험으로 이를 증명한다. 기존 미(Mie) 산란 방사체에 사용되 온 단일 산란 가정에서 더 나아가 다중 산란 이론으로 Dirac 콘 조건을 찾은 것으로, 먼 거리의 빛의 위상이 서로 일치하여 마치 위상 정합 배열 안테나처럼 작동한다. 이는 기존 플라즈몬 표면파, 포논 표면파, 광결정 공진기 방식이 가지는 금속 손실, 제한된 대역, 2차함수꼴 분산 문제를 보완하여 컴팩트하고 파장 선택이 비교적 자유로운 적외선 광원으로 활용될 것으로 기대된다.
