トポロジカル効果による非相反熱放射の解明

阐明拓扑效应引起的不可逆热辐射

基本信息

  • 批准号:
    22K04912
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.66万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2022-04-01 至 2025-03-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

熱放射に関す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は等しいという法則)は、プランクの熱放射則に並び熱平衡にある物体が熱放射を放つ際に満たすべき最も普遍的な物理法則であり、熱放射エネルギーの変換効率限界を決める。例えば、今日実用化されている太陽電池には、ショックレー・クワイサー(SQ)限界と呼ばれる電力変換効率の理論限界が存在するが、SQ限界を与えるエネルギー損失の主要原因の1つが、キルヒホッフの法則である。したがって、キルヒホッフの法則を破ることが可能になれば、太陽電池変換効率の飛躍的な増大につながるなど、これまでにない高効率な光起電力発電や光・熱エネルギーの利用が可能になる。本研究では、トポロジカル物質におけるキルヒホッフの法則が破れた熱放射、すなわち非相反熱放射を理論的に解明し、最も非相反性が大きくなる物質の探索や条件を明らかにすることを目的とする。本年度は、トポロジカル物質の1つである磁性ワイル半金属に注目し、その非相反性熱放射の解明に取り組んだ。先行研究により表面プラズモンによる非相反熱放射については明らかにされているが、本研究では、ワイル半金属に特有の表面状態(フェルミアーク状態)の集団励起であるフェルミアークプラズモンと非相反熱放射との関係について検討した。具体的には、物質表面の反射率を調べることで熱放射の非相反性を明らかにすることができるため、フェルミアークプラズモンの効果を適切に取り込み、ワイル半金属表面の反射率を計算する理論を構築した。
关于热辐射的基尔霍夫定律(=热平衡中物体的吸收率和发射率相等的定律)是热平衡中的物体发出热辐射时必须满足的最普遍的物理原理,与普朗克热辐射定律一起它是决定热辐射能量转换效率极限的规律。例如,当今实际使用的太阳能电池具有称为肖克利-奎瑟(SQ)极限的功率转换效率的理论极限,但给出SQ极限的能量损失的主要原因之一是基尔霍夫定律。因此,如果能够打破基尔霍夫定律,将导致太阳能电池转换效率的大幅提升,使得产生光伏发电以及以前所未有的效率利用光能和热能成为可能。本研究的目的是从理论上阐明拓扑材料中违反基尔霍夫定律的热辐射,即不可逆热辐射,并寻找材料并阐明不可逆性最大化的条件。今年,我们重点研究了拓扑材料之一的磁性外尔半金属,并致力于阐明其不可逆热辐射。之前的研究已经阐明了表面等离子体激元引起的非互易热辐射,但在本研究中,我们将研究费米弧等离子体激元(外尔半金属特有的表面态(费米弧态)的集体激发)与非相互作用之间的关系。 -我们研究了相互热辐射之间的关系。具体而言,由于可以通过检查材料表面的反射率来阐明热辐射的非互易性,因此提出了适当结合费米弧等离子体激元效应并计算外尔半金属表面的反射率的理论。

项目成果

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专利数量(0)
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  • DOI:
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
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    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
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    $ 2.66万
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