熱物理学：近接場放射熱伝達のコーナーモード増強とエッジモード増強

2つの大きな平行面の間や2枚のサブ波長膜の間の近接場放射熱伝達（NFRHT）で実験的に実証されているように、NFRHTが、エバネッセント波の電磁フラストレートモードと表面モードのトンネリングに起因して、プランクの黒体限界を数桁上回り得ることは十分に立証されている。しかし、ナノ構造体も、そのコーナーやエッジにおいて数多くの非常に豊かな局在電磁モードを維持できるにもかかわらず、そうした付加的モードの、NFRHTのさらなる増強への寄与はまだ調べられていない。今回我々は、コーナーモードやエッジモードによって媒介されるNFRHTの物理的機構を理論的および実験的に実証し、この機構が、エミッターとレシーバーの厚さとそれらの間のギャップ間隔の両方が熱光子の波長よりもはるかに小さい「二重ナノスケール領域」において、NFRHTで支配的になり得ることを示す。100 nmの真空ギャップによって隔てられた、同一平面上にある厚さ20 nmの2枚の炭化ケイ素膜では、室温でのNFRHT係数は予測でも測定でも830 W m⁻² K⁻¹であった。この値は、同じギャップによって隔てられた2枚の炭化ケイ素無限表面のNFRHT係数より5.5倍大きく、同一平面上の2枚の炭化ケイ素膜の間の幾何学的形態係数を考慮した、対応する黒体限界より1400倍大きい。この増強は、電磁的なコーナーモードとエッジモードによって支配されており、炭化ケイ素膜間のNFRHTの81％を占める。これらの知見は、熱管理やエネルギー変換における今後のNFRHTの応用に重要である。

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