Thermal emitters based on extreme electromagnetic materials

La ingeniería de emisores térmicos basada en estructuras o cuerpos más pequeñas que la longitud de onda de la radiación con la que interactúan, permite manipular su emisión térmica. En la primera parte se presenta un diseño experimental, posteriormente comprobado teóricamente, de emisores térmicos de alta impedancia basados en SiC, demostrando su capacidad para mantener la forma espectral de emisión frente a variaciones estructurales. Este diseño aprovecha la dispersión de la permitividad de este material para generar emisores robustos y compactos con emisión direccional en el infrarrojo sin necesidad de procesos complejos como fotolitografía. En la segunda parte se aborda el impacto de la rugosidad superficial sobre el comportamiento óptico del SiC en el régimen de permitividad cercana a 0. A través de un estudio experimental y numérico con muestras de rugosidad inducida artificialmente, se observa que la banda ENZ es más robusta frente a irregularidades superficiales que otras bandas como las de fonones superficiales (SPhP) o dieléctricas. Además, se observa una transición progresiva; desde un acoplamiento más perturbativo hacia resonancias localizadas, a medida que aumenta la rugosidad, junto con la aparición de modos longitudinales impulsados por efectos de campo cercano. En conjunto, estos resultados refuerzan la posición del SiC como un buen candidato para diseñar emisores térmicos robustos, y ayudan a entender mejor el papel que juega la rugosidad superficial en el comportamiento óptico de materiales con propiedades ENZ.

The engineering of thermal emitters based on subwavelength structures allows for precise control over their thermal emission. The first part presents an experimental design—later supported theoretically — of high-impedance thermal emitters made from silicon carbide (SiC). These emitters demonstrate the ability to maintain a stable spectral emission despite structural variations. The design takes advantage of the material’s permittivity dispersion to achieve compact, robust emitters with directional infrared emission— no need for complex fabrication steps like photolithography. The second part explores the impact of surface roughness on the optical behavior of SiC in the epsilon-near-zero (ENZ) regime. Through both experimental and numerical studies using samples with artificially induced roughness, it is observed that the ENZ band is more resistant to large surface irregularities than other bands, such as surface phonon polaritons (SPhP) or dielectric bands. Additionally, a progressive transition is observed from a perturbative coupling regime to localized resonances as roughness increases—along with the emergence of longitudinal modes driven by near-field effects. Together, these results reinforce SiC as a strong candidate for designing robust thermal emitters and offer deeper insight into the role of surface roughness in the optical behavior of ENZ materials.