2016 Fiscal Year Annual Research Report
Size effects in thermal radiation from a microparticle
| Project/Area Number |
26400420
|
|---|
| Research Institution | Meiji University |
|---|
Principal Investigator |
立川 真樹 明治大学, 理工学部, 専任教授 (60201612)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
金本 理奈 明治大学, 理工学部, 専任准教授 (00382028)
小田島 仁司 明治大学, 理工学部, 専任教授 (50233557)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
|
| Keywords | 熱放射 / 微粒子 / 光トラップ / 共振器QED |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
白熱球などマクロな物体からの熱放射は、Planckの放射法則でよく記述できる。しかし、この法則が波長程度やそれ以下の発光体にも適用できるかどうかは自明ではない。本研究では、光や交流電場により微粒子を空間捕捉するトラップ技術を用いて高温発光体を空中に静止させ、その熱放射スペクトルを観測する。放射体のサイズ・形状や物性が電磁波の放射過程にどのように関わってくるのか、これまで未踏であったミクロンおよびサブミクロン領域での熱放射のシナリオを解明することが、本研究の目的である。
2016年度は以下の成果を得た。
(1) 誘電体微粒子の可視域の熱放射スペクトルに現れるwhispering gallery modeの共鳴構造を、Mieの散乱理論とKirchhoffの法則を用いて忠実に再現した。スペクトルのfittingにより高温媒質の光学定数を精度よく決定し、高温における屈折率の正常分散や、融点付近での消衰係数の増大を確認することができた。あわせて反古典論に基づいたレート方程式モデルを導入することにより、モード選択がimpedance整合によって行われることを解析的に示した。
(2) Mie理論を赤外域まで拡張し、格子振動の自由度を取り入れて熱放射スペクトルを計算した。当初、粒子の大きさより波長が長い赤外域ではWGMが消失し放射が抑制されると考えていたが、予測に反して物質に固有の鋭い共鳴が現れ、しかも粒径が1μm以下のナノレベルに縮小するにつれて可視域の放射強度を大きく凌駕することが明らかになった。この赤外共鳴は、有限サイズのイオン結晶内の電磁波と格子振動の連成振動である表面フォノンポラリトン(SPhP)モードに一致する。ナノレベルまで縮小した微小結晶は、表面モードで振動する巨大分子として振る舞い、熱放射がSPhP共鳴の周波数に単色化することが示唆された。
|
