3次元バルクメタマテリアルが拓く極限屈折率材料と革新的テラヘルツ光学素子の創成

利用 3D 体超材料开发极端折射率材料和创新太赫兹光学元件

• 批准号: 21H04659
• 负责人: 金森 義明
• 金额: $ 27.96万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-05 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04659/
• 关键词: 光デバイス; マイクロ・ナノデバイス; メタマテリアル

テラヘルツ領域では光学素子に利用可能な材料が乏しく、加工容易かつ幅広い屈折率特性を有する新規材料が求められている。本研究では、自由な形状に形成可能かつ任意の屈折率特性を有するテラヘルツ光学素子の実現を目指し、光共振器を内包した粉末状の新たな光学材料の加工・形成手法を確立する。樹脂製粉末の中に波長（数十～数百μm）よりも小さな金属製光共振器を埋め込むと、粉末全体としての実効的な屈折率は樹脂と光共振器の特性の掛け合わせとなる。誘電率・透磁率特性の異なる粉末状光学材料を液状樹脂に攪拌し、型を用いて凝固させることで、任意形状かつ光共振器の設計に応じた屈折率特性を持つ光学物質（3次元バルクメタマテリアル）が形成される。本年度は、電磁場解析シミュレーションを用い、樹脂粉末状に光共振器が埋め込まれた構造に関して光学応答の予測を試みた。光共振器としては昨年度設計した分割リング共振器とは異なるメタマテリアル共振器構造を新たに提案した。続いて、光共振器を含んだ樹脂粉末、及びそれらを凝固させた3次元バルクメタマテリアルの作製に取り組んだ。昨年度の結果を踏まえ、光共振器を包含した樹脂粉末と3次元バルクメタマテリアルの作製法を改良し、より安定的な製作方法の確立と歩留まりの向上を達成することができた。試作結果として立方体型の樹脂粉末内に光共振器を形成することに成功した。また、それらを凝固した3次元バルクメタマテリアルを作製し、顕微鏡観察から樹脂バルク内に光共振器がランダム配向していることを確認した。テラヘルツ時間領域分光法を用いた分光計測により得た実効屈折率はシミュレーションによる予測と概ね一致し、光共振器を埋め込むことで樹脂単体とは異なる特性を発現できることを実証した。

In the field of optics, the possibility of using materials is insufficient, the processing is easy, and the refractive index characteristics are new. In this study, the possibility of forming free shapes and arbitrary refractive index characteristics was investigated. The processing and forming methods of optical elements and optical resonators were established. The wavelength of the resin powder (tens to hundreds of μm) is small, and the refractive index of the powder is small. Powdered optical materials, liquid resins, mixing, type, use, solidification, arbitrary shape, design of optical resonators, refractive index characteristics, and optical substances (three-dimensional materials) are formed. This year, the electromagnetic field analysis system is used, and the resin powder optical resonator is used for the prediction of optical response. Optical resonators are designed to be segmented and new resonator structures are proposed The optical resonator contains resin powder, and other components. As a result, the production method of optical resonators including resin powder and three-dimensional materials has been improved, and the stable production method has been established. As a result, the cubic resin powder was successfully formed into an optical resonator. In addition, it was confirmed that the three-dimensional Balku Mattareal was manufactured while being solidified, and the optical resonators in the resin Balku were aligned with each other through microscopic observation. The time domain spectroscopy method is used to measure the refractive index, predict the uniformity, and discover the characteristics of the resin monomer.

项目成果

Beyond 5G/ 6G に向けたメタマテリアル

超越 5G/6G 的超材料

• 发表时间: 2022
• 作者: Vu The Dang;Shishido Hiroaki;Aizawa Kazuya;Oku Takayuki;Oikawa Kenichi;Harada Masahide;Kojima Kenji M.;Miyajima Shigeyuki;Soyama Kazuhiko;Koyama Tomio;Hidaka Mutsuo;Suzuki Soh Y.;Tanaka Manobu M.;Malins Alex;Machida Masahiko;Ishida Takekazu;金森義明
• 通讯作者: 金森義明

分割リング共振器を内包する等方性 3 次元バルクメタマテリアル

包含开口环谐振器的各向同性 3D 块状超材料

• 发表时间: 2022
• 作者: 永井 翔，降矢一輝，関亜美，千田太詩，新堀雄一;岡谷 泰佑，砂田 悠斗，羽根 一博，金森 義明
• 通讯作者: 岡谷 泰佑，砂田 悠斗，羽根 一博，金森 義明

A reconfigurable ladder-shaped THz metamaterial integrated with a microelectromechanical cantilever array

• DOI: 10.1063/5.0124601
• 发表时间: 2023-01
• 期刊: Applied Physics Letters
• 影响因子: 4
• 作者: Ying Huang;Taiyu Okatani;N. Inomata;Y. Kanamori

インクジェット印刷を用いたフレキシブルメタマテリアルの製作と透過特性評価

使用喷墨印刷制造柔性超材料并评估传输性能

• 发表时间: 2022
• 作者: Nakamura Kentaro;Terauchi Daiki;Shimomura Ryo;Machida Shiki;Yasukawa Kazutaka;Fujinaga Koichiro;Kato Yasuhiro;木田 喬仁，岡谷 泰佑，猪股 直生，金森 義明
• 通讯作者: 木田 喬仁，岡谷 泰佑，猪股 直生，金森 義明

Broadband stop filters using H-shaped metamaterial at the THz region

在 THz 区域使用 H 形超材料的宽带截止滤波器

• 发表时间: 2021
• 作者: Ying Huang;Taiyu Okatani;Yoshiaki Kanamori
• 通讯作者: Yoshiaki Kanamori