Kirigami metamaterials for tunable optical properties

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本研究では、切り紙構造を利用することで、光学的な特性を大幅に変調可能なMEMS光学メタマテリアルを実現することを目的としている。光学メタマテリアルにおいて、従来から光共鳴構造の3次元形状変化や、フレキシブル基板の引っ張りによる共鳴体の配置間隔変化を利用した動的特性変調方法が研究されているが、限界があり実用的なデバイスに必要な変調機能は得られていない。そこで、2次元平面から立体構造を自由度高く作ることができる切り紙構造と融合し、構造的な制約をなくし、可変自由度が飛躍的に高い光学メタマテリアルを実現すための基礎技術を確立することを目的として実施する。2021年度は本年度はポリイミドフィルムなどを用いた、レーザー加工によるラージスケールでのユニット構造自由度拡張の検証を行うこと、そして、基板への切り紙加工によりAuxetic構造など、引っ張りに対して自由度高く新調する構造の試作を実施した。2022年度は、2021年度で得られた知見をもとに試作したスパイラル型の面外変形形状をもとに電波測定を行い、立体変形形状が一様な変形を示す構造が高い円偏光二色性を示すこと実証した。また、この発想をベースに、MEMS微細構造による大変形構造の可能性を探索した。具体的には、回折格子を備えた薄型Top層を備えたMEMS構造にナノサイズの切り紙構造を作製することで、外力により格子ピッチを大幅に変形可能とする構造の作製である。現時点で製作途上であるが、200nm程度のビーム幅の切り紙蛇腹構造を試作し、ピッチ変形量100%可変な構造の実証を進めている。さらに、切り紙構造の発想をセンサ試作に展開することで、立体型の3軸タクタイルセンサの実現を進めている。