2022 Fiscal Year Final Research Report
Unconventional high-temperature light-emission physics in non-equilibrium low-dimensional quantum system
Project/Area Number |
21K14486
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Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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Allocation Type | Multi-year Fund |
Review Section |
Basic Section 28020:Nanostructural physics-related
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Research Institution | Kyoto University |
Principal Investigator |
Nishihara Taishi 京都大学, エネルギー理工学研究所, 助教 (80768672)
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Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2023-03-31
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Keywords | カーボンナノチューブ / 熱放射 / 励起子 / 低次元半導体 / 光物性 / 熱物性 / 非平衡フォノン系 |
Outline of Final Research Achievements |
We studied light emission phenomena of metallic carbon nanotubes in a specific high-temperature non-equilibrium state with the aim of establishing a scientific principle leading to higher intensity current-driven infrared light source such as conventional incandescent lamps. When one metallic nanotube was heated with a current, it showed higher-intensity near-infrared light than that in the thermal equilibrium state. This is because the current selectively excites optical phonons, resulting in a higher conversion efficiency from electrical energy to light and higher intensity compared to conventional Joule heating, in which all electrical energy is used for heat generation. This light emission can be understood as light with properties intermediate between thermal radiation and luminescence.
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Free Research Field |
ナノ物質科学
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Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
現在でも分析機器や製品加工におけるインコヒーレント赤外光源用途として、熱放射光源が積極的に利用されている。熱放射光の波長、帯域幅の自在制御の戦略は確立されつつあるが、放射強度に関しては、熱平衡系では原理的に超えられない黒体限界が存在する。本研究では、電流加熱した金属型カーボンナノチューブの高温の「非平衡」状態を利用すると、高強度、かつ波長がよく定まった近赤外光の発生が可能であることを実証した。もし、構造が揃った金属型ナノチューブで「豆電球」の様な構造を持つ光源を作製できれば、高強度な赤外光源が実現すると考えられ、社会の持続可能な発展に資する新たなエネルギー技術としての社会的な意義は大きい。
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