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メタホウ酸銅 磁界近赤外光制御 電子回路故障解析 ミサイル飛翔異常 機能補完 次弾発射 自ら誘導支援 生体磁気操縦戦闘機

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(画像はイメージ)

 メタホウ酸銅にマイナスの磁場を加えると、右方向に光が入射するときに第二次高調波強度が強くなったのに対し、逆の左方向に入射する場合には第二次高調波が消失したそうである。まだ低温が必要なのでキュリー温度を上昇させる必要がある。
 回路等から発生する微弱な磁界により光学特性が変化する材質を、電子回路の表面に積層出来れば、信号の流れを詳細に捉えることができるだろう。
 電子回路の動作や故障の解析などに、サーモグラフィ画像では、基盤の熱容量が大きく時定数が大きいため電子信号の高速変化までは捉えることが出来ない。漏れ出る電磁波は、大まかなノイズ源を押さえて当たりをつけることは出来ても、場所を特定するには素子を覆うモールドを破壊し顕微鏡で探さなければ分からない。
 近赤外線領域の光を制御できるのであれば、波長が短いので高い分解能で高速信号の変化を捉えることが可能だ。
 ミサイルが、飛翔中に制御回路の異常内容が分かれば、自動的に生きている回路で機能を補うなどの制御が出来る可能性が出来るし、ミッションそのものが不可能であれば、に次のミサイルを発射したり、自らは次弾の誘導の支援に当たるなどの対応も可能になる。
 生体から出る磁気変化を捉え、重い手足を動かすこと無くBMI(ブレイン・マシーン・インタフェース)で軽快に操縦し、戦闘することが可能な戦闘機なども実現出来るかもしれない。

〇磁気により光ダイオード効果を制御

 光の入射方向を反転することで、光第二次高調波発生のオン/オフが切り替わる光ダイオード効果示す物質を、理化学研究所創発物性科学研究センター創発光物性研究チーム、強相関量子構造研究チーム、強相関物性研究グループからなる研究グループが発見したそうである。
 その発見した物質とは、12Kに冷却したメタホウ酸銅(CuB2O4)というマルチフェロイック(電気と磁気の性質を併せ持った物質)の結晶に、波長1764ナノメートルの近赤外レーザー光を入射し、2倍の周波数である近赤外光882nmの第二次高調波発生を測定した結果である。(近赤外:700nm~2.5 µm)
 研究グループは、その測定結果から次のような整流特性を発見したという。
1 結晶のある方向に光を入射 ➡ 強い第二次高調波が発生した。
2 1と逆方向に光を入射 ➡ 第二次高調波の発生強度が97%以上減少し、ほぼ消失した。
 通常のマルチフェロイック物質では、磁場由来の第二次高調波が非常に小さいことから、光の進行方向を反転しても第二次高調波の強度は変化しない。
 ところが、メタホウ酸銅では、磁場由来の第二次高調波が磁気共鳴効果により882nmにおいて極端に増大し、電場由来の第二次高調波と同程度の大きさを持つことが分かった。
 このメタホウ酸銅にマイナスの磁場を加えると、右方向に光が入射するときに第二次高調波強度が強くなったのに対し、逆の左方向に入射する場合には第二次高調波が消失したそうである。
 加える磁場は、わずか0.01テスラの磁場(地磁気の半分~7分の1)でこの方向反転が可能なのだそうだ。

2021年4月17日 理化学研究所 光第二次高調波発生の磁場制御に成功 -0.01テスラで発生強度が30倍以上も変化-
https://www.riken.jp/press/2021/20210417_1/

このメタホウ酸銅について、磁場によってネジ状の結晶構造が自在に切り替わることを、東北大学多元物質科学研究所が発表している。
その発表とは、メタホウ酸銅を20Kに冷却して、外部から磁界を加え磁力線の方向を90度回転させることで、結晶構造が右ネジ型と左ネジ型に変化することを同多元物質科学研究所が発見したとするものだ。この構造変化時の磁界強度は500ガウス(0.05テスラ)である。

磁場によって左ネジ型結晶から右ネジ型結晶へと自在に切り替え
https://www.tohoku.ac.jp/japanese/press_release/pdf2008/20080905.pdf

 また、メタホウ酸銅に磁場を加えた時に、光の向きによって光の透過量が変ることも同多元物質科学研究所の研究によって分かっていた。

巨大な光方向二色性をもつ物質が発見される
https://www.jps.or.jp/books/jpsjselectframe/2008/files/2008-01-1.pdf

 メタホウ酸塩のメタホウ酸とは、ホウ酸のオキソ基(=O)を持つもののことである。元のホウ酸そのものが、ホウ素原子を中心ハブとすれば、言わばスキュー型3櫂スクリューの様に「へ」の字の頂点が同じ回転の向きで3方に放射状に付いた形状をしている。メタホウ酸そのものは、オキソ基の二重結合によって側鎖が無くなり「へ」の字型となっているが、多数のメタホウ酸が結晶化すると、ネジ型構造を形成するのだろう。
 問題は今まで取り上げたような現象が20K以下の温度に冷却しないと、磁性そのものが発生せず、発現しないことだ。磁性体はキュリー温度を超えると磁区の整列が失われ磁性が失われるため、キュリー温度を上昇させる必要がある。
 例えば強磁性体として知られるネオジムは、ジスプロシウムを添加することでキュリー温度を上昇させ、実用化している。同様にメタホウ酸のキュリー温度を上昇させることができれば、取り上げたような現象は非常に有用なものとなる。

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