メタマテリアル：メタマテリアルによって増強された近接場放射熱伝達

放射熱エネルギーが近接場で交換される場合、表面フォノンポラリトンなどのエバネッセント表面波が、ギャップをトンネリングして、熱伝達を遠方場の黒体限界よりも数桁高める。このような極端な放射エネルギーフラックスは、表面フォノンポラリトンを支える誘電体材料において実験により実証されている。理論やシミュレーションからは、近接場の放射熱交換を、構造化されていないドルーデ型またはローレンツ型の材料の限界を超えてさらに操作・増強する手段として、メタマテリアルが有望であると示唆されているものの、実験による検証は依然として困難である。今回我々は、窒化ケイ素（SiN）膜上にパターン形成された金製スプリットリング共振器間における、メタマテリアルを介した近接場放射熱伝達の増強効果を実験的に実証した。SiN膜上の構造化されていない金のプレートや裸のSiN膜と比較すると、メタマテリアル間の放射熱伝達は数倍に増強された。観測されたこの増強は、直接的な電磁気シミュレーションおよび結合モード理論によるモデル化によって裏付けられるように、スプリットリング共振器の共振モードと、それらがSiN膜内の表面フォノンポラリトンと強く結合することに起因する。今回の研究は、近接場での放射エネルギー交換を操作するメタマテリアルの優れた能力を実験により実証するもので、熱エネルギーハーベスティングおよび赤外線センシングへの応用の機会を開く。

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