| Project/Area Number |
22K04912
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 29010:Applied physical properties-related
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| Research Institution | Hosei University |
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Principal Investigator |
小鍋 哲 法政大学, 生命科学部, 教授 (40535506)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | 非相反熱放射 / ワイル半金属 / トポロジカル効果 / キルヒホフッフの法則 / 熱放射 / フェルミアーク / 非相反性 / トポロジー |
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| Outline of Research at the Start |
熱放射に関するキルヒホッフ則(=熱平衡にある物体の吸収率と放射率は等しい)は、プランク則に並び熱平衡にある物体が満たすべき最も普遍的な物理法則であり、放射エネルギー変換効率の理論限界を与える。キルヒホッフ則を破ることができれば、これまでにない高効率な光起電力発電や光・熱エネルギーハーベスティングが可能となる。本研究は、従来物質では困難であったキルヒホッフ則の破れた熱放射(=非相反熱放射)が、Weyl半金属系物質などのトポロジカルな性質を利用すれば実現できることに注目し、トポロジカル効果による非相反熱放射の物理解明と最適な物質・デバイス設計指針の獲得を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
プランクの熱放射則に並ぶ、熱放射における最も重要な法則の一つであるキルヒホッフの法則（熱平衡にある物体の吸収率と放射率が等しいという法則）を破ることができれば、高効率な光起電力発電や光・熱エネルギーハーベスティングが可能になる。本研究は、トポロジカル効果を利用した非相反熱放射によるキルヒホッフの法則の破れについて理論的に明らかにし、デバイス設計の指針を得ることを目的としている。昨年度は、物質としてはワイル半金属に焦点を当て、トポロジカル効果としては、表面状態であるフェルミアーク状態の集団励起(フェルミアークプラズモン)や異常ホール効果などによる非相反熱放射を検討した。しかしながら、その検討過程で、ワイル半金属特有のトポロジカル効果であるカイラル磁気効果により、さらに顕著な非相反熱放射特性が示されることに気づき、研究を進めた。その結果、カイラル磁気効果がある場合のワイル半金属の放射率公式を導出することに成功した。さらに、その放射率公式を用いて、ワイル半金属からの円偏光熱放射において、左右の円偏光に差が生じること（非相反熱放射）や、特定の周波数領域において放射率が負になることを明らかにした。これらの結果は、ワイル半金属の極めて特異な非相反熱放射特性を示すものである。本研究で得られたワイル半金属の非相反熱放射特性や負の放射率は、通常の物質では観測されないものであり、これまでにない熱放射エネルギーの利用につながると期待される。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の研究計画では、ワイル半金属のフェルミアーク状態や異常ホール効果といったトポロジカル効果に基づいた非相反熱放射特性を明らかにする予定であったが、他のトポロジカル効果であるカイラル磁気効果がより顕著に特異な熱放射特性を示すことを明らかにした。カイラル磁気効果は当初の実施計画において注目していたトポロジカル効果とは異なってはいるものの、本研究課題の目的であるトポロジカル効果による非相反熱放射について重要な知見を得ることができたため、進捗状況としては「おおむね順調に進展している」とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の推進方策として、当初の計画通り、ワイル半金属のフェルミアーク状態や異常ホール効果と非相反熱放射との関係を明らかにする研究を継続する。同時に、今年度に明らかになったカイラル磁気効果による非相反熱放射の研究を発展させることを計画している。具体的には、ワイル半金属に歪などを加えることによって生じる擬似磁場による擬似カイラル磁気効果の熱放射特性への影響をより詳細に調査し、新たな知見を得ることを目指す。これにより、研究のさらなる深化と成果の拡大が期待される。
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