We propose a mechanism of active near-field heat transfer modulation relying on externally tunable metamaterials. A large modulation effect is observed and can be explained by the coupling of surface modes, which is dramatically varied in the presence of controllable magnetoelectric coupling in metamaterials. We finally discuss how a practical picosecond-scale thermal modulator can be made. This modulator allows manipulating nanoscale heat flux in an ultrafast and noncontact (by optical means) manner.
REFERENCES
1.
D.
Polder
and M. V.
Hove
, Phys. Rev. B
4
, 3303
(1971
).2.
K.
Joulain
, J.-P.
Mulet
, F.
Marquier
, R.
Carminati
, and J.-J.
Greffet
, Surf. Sci. Rep.
57
, 59
(2005
).3.
A. I.
Volokitin
and B. N. J.
Persson
, Rev. Mod. Phys.
79
, 1291
(2007
).4.
S.-A.
Biehs
, E.
Rousseau
, and J.-J.
Greffet
, Phys. Rev. Lett.
105
, 234301
(2010
).5.
P.
Ben-Abdallah
and K.
Joulain
, Phys. Rev. B
82
, 121419
(2010
).6.
G.
Domingues
, S.
Volz
, K.
Joulain
, and J.-J.
Greffet
, Phys. Rev. Lett.
94
, 085901
(2005
).7.
S.-A.
Biehs
, Eur. Phys. J. B
58
, 423
(2007
).8.
A.
Narayanaswamy
and G.
Chen
, Phys. Rev. B
77
, 075125
(2008
).9.
P.
Ben-Abdallah
, K.
Joulain
, J.
Drevillon
, and G.
Domingues
, J. Appl. Phys.
106
, 044306
(2009
).10.
M.
Krüger
, Th.
Emig
, and M.
Kardar
, Phys. Rev. Lett.
106
, 210404
(2011
).11.
C.
Otey
and S.
Fan
, Phys. Rev. B
84
, 245431
(2011
).12.
P.
Ben-Abdallah
, S.-A.
Biehs
, and K.
Joulain
, Phys. Rev. Lett.
107
, 114301
(2011
).13.
C. J.
Fu
and Z. M.
Zhang
, Int. J. Heat Mass Transfer
49
, 1703
(2006
).14.
P.
Ben-Abdallah
, K.
Joulain
, and A.
Pryamikov
, Appl. Phys. Lett.
96
, 143117
(2010
).15.
K.
Joulain
, J.
Drevillon
, and P.
Ben-Abdallah
, Phys. Rev. B
81
, 165119
(2010
).16.
S.-A.
Biehs
, P.
Ben-Abdallah
, F. S. S.
Rosa
, K.
Joulain
, and J.-J.
Greffet
, Opt. Express
19
, A1088
(2011
).17.
S.-A.
Biehs
, M.
Tschikin
, and P.
Ben-Abdallah
, Phys. Rev. Lett
109
, 104301
(2012
).18.
Y.
Guo
, C. L.
Cortes
, S.
Molesky
, and Z.
Jacob
, Appl. Phys. Lett.
101
, 131106
(2012
).19.
L.
Cui
, Y.
Huang
, and J.
Wang
, J. Appl. Phys.
112
, 084309
(2012
).20.
A.
Narayanaswamy
, S.
Shen
, and G.
Chen
, Phys. Rev. B
78
, 115303
(2008
).21.
E.
Rousseau
, A.
Siria
, G.
Jourdan
, S.
Volz
, F.
Comin
, J.
Chevrier
, and J.-J.
Greffet
, Nat. Photonics
3
, 514
(2009
).22.
R. S.
Ottens
, V.
Quetschke
, S.
Wise
, A. A.
Alemi
, R.
Lundock
, G.
Mueller
, D. H.
Reitze
, D. B.
Tanner
, and B. F.
Whiting
, Phys. Rev. Lett.
107
, 014301
(2011
).23.
S.
Shen
, A.
Mavrokefalos
, P.
Sambegoro
, and G.
Chen
, Appl. Phys. Lett.
100
, 233114
(2012
).24.
Y.
De Wilde
, F.
Formanek
, R.
Carminati
, B.
Gralak
, P.-A.
Lemoine
, K.
Joulain
, J.-P.
Mulet
, Y.
Chen
, and J.-J.
Greffet
, Nature
444
, 740
(2006
).25.
A.
Kittel
, U. F.
Wischnath
, J.
Welker
, O.
Huth
, F.
Rüting
, and S.-A.
Biehs
, Appl. Phys. Lett.
93
, 193109
(2008
).26.
A.
Narayanaswamy
and G.
Chen
, Appl. Phys. Lett.
82
, 3544
(2003
).27.
K.
Park
, S.
Basu
, W. P.
King
, and Z. M.
Zhang
, J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer
109
, 305
(2008
).28.
M.
Francoeur
, R.
Vaillon
, and M. P.
Mengüç
, IEEE Trans. Energy Convers.
26
(2
), 686
(2011
).29.
B. J.
Lee
, Y.-B.
Chen
, and Z. M.
Zhang
, J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer
109
, 608
(2008
).30.
P. J.
van Zwol
, K.
Joulain
, P.
Ben Abdallah
, J. J.
Greffet
, and J.
Chevrier
, Phys. Rev. B
83
, 201404
(2011
).31.
P. J.
van Zwol
, K.
Joulain
, P.
Ben-Abdallah
, and J.
Chevrier
, Phys. Rev. B
84
, 161413
(2011
).32.
P. J.
van Zwol
, L.
Ranno
, and J.
Chevrier
, Phys. Rev. Lett.
108
, 234301
(2012
).33.
V. B.
Svetovoy
, P. J.
van Zwol
, and J.
Chevrier
, Phys. Rev. B
85
, 155418
(2012
).34.
O.
Ilic
, M.
Jablan
, J. D.
Joannopoulos
, I.
Celanovic
, H.
Buljan
, and M.
Soljacic
, Phys. Rev. B
85
, 155422
(2012
).35.
S.-A.
Biehs
, P.
Ben-Abdallah
, and F. S. S.
Rosa
, Appl. Phys. Lett.
98
, 243102
(2011
).36.
C. R.
Otey
, W. T.
Lau
, and S.
Fan
, Phys. Rev. Lett.
104
, 154301
(2010
).37.
S.
Basu
and M.
Francoeur
, Appl. Phys. Lett.
98
, 113106
(2011
).38.
R. A.
Shelby
, D. R.
Smith
, and S.
Schultz
, Science
292
, 77
(2001
).39.
C.
Enkrich
, M.
Wegener
, S.
Linden
, S.
Burger
, L.
Zschiedrich
, F.
Schmidt
, J. F.
Zhou
, Th.
Koschny
, and C. M.
Soukoulis
, Phys. Rev. Lett.
95
, 203901
(2005
).40.
J. B.
Pendry
, Science
306
, 1353
(2004
).41.
W. J.
Padilla
, A. J.
Taylor
, C.
Highstrete
, M.
Lee
, and R. D.
Averitt
, Phys. Rev. Lett.
96
, 107401
(2006
).42.
H.-T.
Chen
, W. J.
Padilla
, J. M. O.
Zide
, A. C.
Gossard
, A. J.
Taylor
, and R. D.
Averitt
, Nature
444
, 597
(2006
).43.
I. V.
Shadrivov
, P. V.
Kapitanova
, S. I.
Maslovski
, and Y. S.
Kivshar
, Phys. Rev. Lett.
109
, 083902
(2012
).44.
S.
Zhang
, J.
Zhou
, Y.-S.
Park
, J.
Rho
, R.
Singh
, S.
Nam
, A. K.
Azad
, H.-T.
Chen
, X.
Yin
, A. J.
Taylor
, and X.
Zhang
, Nature Commun.
3
, 942
(2012
).45.
J.
Zhou
, D. R.
Chowdhury
, R.
Zhao
, A. K.
Azad
, H.-T.
Chen
, C. M.
Soukoulis
, A. J.
Taylor
, and J. F.
O'Hara
, Phys. Rev. B
86
, 035448
(2012
).46.
H.-T.
Chen
, W. J.
Padilla
, J. M. O.
Zide
, S. R.
Bank
, A. C.
Gossard
, A. J.
Taylor
, and R. D.
Averitt
, Opt. Lett.
32
, 1620
(2007
).47.
S. M.
Rytov
, Y. A.
Kravtsov
, and V. I.
Tatarskii
, Principles of Statistical Radiophysics
(Springer-Verlag
, Berlin
, 1989
), Vol. 3
.48.
A.
Lakhtakia
, Beltrami Fields in Chiral Media
(World Scientific
, Singapore
, 1994
).49.
R.
Zhao
, T.
Koschny
, and C. M.
Soukoulis
, Opt. Express
18
, 14553
(2010
).50.
I. V.
Lindell
, A. H.
Shivola
, S. A.
Tretyakov
, and A. J.
Viitanen
, Electromagnetic Waves in Chiral and Bi-Isotropic Media
(Artech House
, Boston
, 1994
).51.
J. B.
Pendry
, A. J.
Holden
, W. J.
Stewart
, and I.
Youngs
, Phys. Rev. Lett.
76
, 4773
(1996
).52.
J.
Pendry
, A. J.
Holden
, D. J.
Robbins
, and W. J.
Stewart
, IEEE Trans. Microwave Theory Tech.
47
, 2075
(1999
).53.
J.
Zhou
, Th.
Koschny
, M.
Kafesaki
, E. N.
Economou
, J. B.
Pendry
, and C. M.
Soukoulis
, Phys. Rev. Lett.
95
, 223902
(2005
).54.
E. M.
Lifshitz
and L. P.
Pitaevskii
, Statistical Physics
, Part 2 (Pergmon
, Oxford
, 1980
).55.
M. H. R.
Lankhorst
, B. W. S. M. M.
Ketelaars
, and R. A. M.
Wolters
, Nat. Mater.
4
, 347
(2005
).© 2013 American Institute of Physics.
2013
American Institute of Physics
You do not currently have access to this content.