[Financial Express]プラミット・ゴーシュが2022年にバングラデシュを離れ、ペンシルベニア州立大学で機械工学の博士課程に入学した時、彼は注目を集めるなどとは夢にも思っていませんでした。しかし、わずか3年で、彼は165年の歴史を持つ物理法則に挑む科学的発展の中心に立つことになり、熱放射研究における最も重要な実験的ブレークスルーの一つの共著者の一人となりました。
バングラデシュ工科大学（BUET）の卒業生であるプラミット氏は、現在ペンシルベニア州立大学で大学院研究助手として勤務しています。彼の研究は、キルヒホッフの熱放射の法則に対する、これまでで最も強力な実験的反証を実証した研究チームの一員です。1860年にドイツの物理学者グスタフ・キルヒホッフによって提唱されたこの法則は、物体が熱放射を吸収する能力は、同じ波長と角度で熱放射を放射する能力と一致しなければならないというものです。これは、熱力学において長年、基礎となる原理として扱われてきました。
この法則を破ろうとしたこれまでの試みは、厳密に制御された環境下で記録された小規模な効果にとどまり、わずかな逸脱しか示されていませんでした。しかし、ペンシルベニア州立大学のこの研究グループは、リンシャオ・チュー助教授の指導の下、前例のない規模で非相反熱放射を実験的に実現しました。彼らの研究成果はすでに物理レビューレター誌に掲載されており、「編集者の提案」としてマークされており、論文の新規性と潜在的な影響力を示しています。
「私たちの実験では、10マイクロメートルを超える広いスペクトル範囲にわたって、約0.43という強い非相反性を示しました」とプラミット・ゴーシュ氏は述べ、これは大きさと帯域幅の両方において、これまでに報告された中で最も高い数値だと述べました。「これまでで最も広い帯域と角度で、この最も強い非相反性は、この分野における大きな進歩であり、熱放射制御の限界を押し広げる可能性があります。」
この実験では、組成がわずかに異なる5層の半導体超薄層からなる材料系が用いられました。これは、勾配ドープされたイプシロンニアゼロ材料として知られる構造です。この材料は主にインジウムガリウムヒ素（インジウムガリウムヒ素）から作られており、人間の髪の毛よりも細いにもかかわらず、熱流と放射の方向によって劇的に異なる挙動を示します。この方向依存性こそが、従来の熱的相反性の法則を破るものです。
結果を検証するため、研究チームは高度に特殊化された測定プラットフォーム、すなわちカスタム設計の角度分解磁気熱放射分光光度計を構築しました。このシステムの開発には7ヶ月以上を要しましたが、このシステムは、違反の検出と確認に必要な精度で、さまざまな角度と磁場下で放出される熱放射を測定することができました。
ゴーシュ氏は、その規模と複雑さを強調する。「これほど複雑で高精度な実験装置の設計は、極めて困難です」と彼は語る。「私がグループに加わる前から、指導教官のリンシャオ・チュー氏が既に構想を練っていました。材料と機器が準備でき次第、実際の測定段階は比較的速やかに進みましたが、そこに到達するまでには何年もかかりました。」
リンシャオ・チューが率いるチームには、ペンシルベニア州立大学で現在3年目または4年目の博士課程学生であるジェノン・チャン、アリレザ・カランタリ・デハギ、そしてプラミット・ゴーシュ本人が含まれています。彼らの指導教官であるリンシャオ・チューは、スタンフォード大学で博士号を取得し、ミシガン大学アナーバー校でポスドク研究を修了しました。
この研究は理論的な成果にとどまらず、幅広い技術に波及します。「熱の相反性を破ることは、様々なエネルギーシステムの熱力学的限界に到達するための有望な道筋を切り開きます」とプラミット・ゴーシュ氏は述べています。応用分野としては、高効率太陽電池、熱光起電力システム、放射エネルギーの採取、そして熱流束制御と熱通信における新技術などが挙げられます。
同氏は、未使用の光子を再び生産的な変換に回す非可逆太陽電池は、太陽エネルギーシステムの理論上の最大値であるランズベルグ限界に近い、93.3パーセントという高い効率レベルに達する可能性があることを示唆する既存の理論的研究を指摘した。
研究はまだ基礎段階ですが、その構造は実デバイスへの統合を可能にします。エミッターは他の表面にも移植できるため、さらなる研究によって信頼性と効率性が長期的に確認されれば、商業規模のシステムへの適用も可能となります。
博士課程在籍中に修士号も取得したゴーシュ氏は、学術界でも産業界でも、熱フォトニクスと熱伝達の分野で研究を続ける予定です。彼は理論と実験の両面に注力しており、次の研究段階では熱非相反性のメカニズムをより深く掘り下げ、特定の用途に合わせてそれをどのように強化または調整できるかを探ると述べています。
STEM分野で高度な研究を目指すバングラデシュの学生への彼のアドバイスは、現実的でありながら思慮深いものだ。「博士課程に応募する際には、資金確保が最優先事項です」と彼は述べた。「しかし、複数の大学からオファーがあったとしても、大学のランキングや評判だけで選んではいけません。研究室の文化やメンターシップのスタイルに注目し、現在のメンバーと話をしてみてください。これらは長期的に見て、より重要なのです。」
プラミット氏は学生たちに、学歴にとらわれないようアドバイスしています。「私は機械工学が専門ですが、現在の仕事のほとんどは応用物理学に根ざしています」と彼は言います。「学際的な研究は新たな方向性を切り開く可能性があります。最先端の科学を目指すなら、指導教員となる可能性のある人の研究経歴をよく研究してください。その分野をリードするグループ、あるいはその分野の第一人者から指導を受けているグループに参加するようにしてください。」
研究の成功は多くの変数によって左右され、そのすべてが紙面上で明らかになるわけではないと彼は付け加えた。「常にオープンな心を持ち続けてください。支えられ、刺激を感じられる環境を見つけてください。それが成功を左右するのです。」
プラミット・ゴーシュ氏にとって、自身の学問分野の正式な境界を越えることは、画期的な研究の発表につながっただけでなく、熱、光、エネルギーそのものに対する私たちの考え方を変える可能性のある科学的進歩の真っ只中に立つことにもつながりました。
oishikhan18@gmail.com
Bangladesh News/Financial Express 20250720
https://today.thefinancialexpress.com.bd/education-youth/dont-be-afraid-to-step-outside-of-your-academic-background-1752947398/?date=20-07-2025
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