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導波モードとの結合を利用したフォノンポラリトンによる超プランク熱放射の実現

研究課題

研究課題/領域番号 23K26047
補助金の研究課題番号 23H01352 (2023)
研究種目

基盤研究(B)

配分区分基金 (2024)
補助金 (2023)
応募区分一般
審査区分 小区分19020:熱工学関連
研究機関東京大学

研究代表者

ヴォルツ セバスチャン  東京大学, 生産技術研究所, 国際研究員 (70533636)

研究分担者 野村 政宏  東京大学, 生産技術研究所, 教授 (10466857)
ORDONEZMIRANDA EdilbertoJose  東京大学, 生産技術研究所, 国際研究員 (60909779)
研究期間 (年度) 2023-04-01 – 2026-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
18,980千円 (直接経費: 14,600千円、間接経費: 4,380千円)
2025年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
2024年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2023年度: 9,620千円 (直接経費: 7,400千円、間接経費: 2,220千円)
キーワードthermal radiation / phonon poalritons / cavity modes / far-field / near-field / Non planckian emission / Intermediate range / Diffuse radiation / 熱放射 / ナノスケール熱伝導 / プランク放射
研究開始時の研究の概要

Cavities of micron scale in width including polar materials are emitting phonon-polaritons heat, which is not described by usual planckian law. We want to measure this special thermal radiation.

研究実績の概要

We have successfully fabricated the samples and carried out the characterization of these samples was conducted using IR cameras and several Fourier Transform Infrared Spectroscopies (FTIR), providing detailed insights into optical and thermal properties.
These characterizations have confirmed increase of far-field diffuse emission in SPhP wavelength but not following our predictions. We have deepened the modeling of the cavities using fluctuational-dissipation theory and found that the radiation is confined in the few ten microns above the cavities.
We are now pursuing near-field IR measurements and intend to design new samples with optimized shapes.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

WP1-We have completed the calculations of the heat flux flowing at the aperture of the silicon and the air cavities. We have found that the superplanckian emission decreases after a few tens of microns.
WP2-We have completed the fabrication of the samples and characterized their morphologies. Samples are silicon wafers containing deep linear cavities, 10 and 20 microns in width. Some of the wafers were oxydized to produce thin silica films carrying phonon polaritons.
WP3-thermal emission of air and silicon cavities have been measured using IR camera, FTIR (with temperature and angle dependence), and IR microscopy. the spectra reveals the impact of silica films and cavities increasing absorption.

今後の研究の推進方策

We will measure the near-field to far-field electromagnetic energy at the aperture of the cavity using IR-SNOM.
We will design a new sample geometry to allow the cavity energy to propagate in the far-field.
We will investigate the diffuse contribution of the thermal emission which shows a Surface Phonon Polariton signature.

報告書

(1件)
  • 2023 実績報告書
  • 研究成果

    (8件)

すべて 2023

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 3件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 5件、 招待講演 5件)

  • [雑誌論文] Resonant Thermal Transport Driven by Surface Phonon-Polaritons in a Cylindrical Cavity2023

    • 著者名/発表者名
      Ordonez-Miranda Jose, Coral Maelie, Nomura Masahiro, Volz Sebastian
    • 雑誌名

      International Journal of Thermophysics

      巻: 44 号: 5

    • DOI

      10.1007/s10765-023-03188-0

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Long-range, short-wavelength, and ultrafast heat conduction driven by three plasmon modes supported by graphene2023

    • 著者名/発表者名
      Ordonez-Miranda Jose, Kosevich Yuriy A., Nomura Masahiro, Volz Sebastian
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 108 号: 16

    • DOI

      10.1103/physrevb.108.l161404

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Plasmon Thermal Conductance and Thermal Conductivity of Metallic Nanofilms2023

    • 著者名/発表者名
      Ordonez-Miranda Jose, Kosevich Yuriy A., Lee Bong Jae, Nomura Masahiro, Volz Sebastian
    • 雑誌名

      Physical Review Applied

      巻: 19 号: 4

    • DOI

      10.1103/physrevapplied.19.044046

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Heat Transport driven by Surface Phonon-Polaritons2023

    • 著者名/発表者名
      S. Volz
    • 学会等名
      Thermal Polaritonics Workshop, Tokyo 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] SuperPlanckian Far-Field Phonon-Polaritons2023

    • 著者名/発表者名
      S. Volz
    • 学会等名
      APS Spring 2023, San Francisco
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Temporal Coherence in Heat Conduction2023

    • 著者名/発表者名
      S. Volz
    • 学会等名
      3rd SMST, Shenzhen, 1-3 June 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Guided Resonant Modes yield SuperPlanckian Radiation,2023

    • 著者名/発表者名
      S. Volz
    • 学会等名
      PIERS, Praga, July 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] THERMAL POLARITONICS A FOURTH HEAT TRANSFER MODE2023

    • 著者名/発表者名
      S. Volz
    • 学会等名
      IHTC, Cape Town, August 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2023-04-18   更新日: 2024-12-25  

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