テラヘルツ波帯・赤外領域の電磁波制御に向けた磁性制御メタ材料の学理構築

建立控制太赫兹波段和红外区电磁波的磁控超材料理论

基本信息

批准号：
22KJ1233
负责人：
朝田晴美
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Tokyo University of Agriculture and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

メタサーフェスは、メタアトムと呼ばれる波長よりも小さい構造を周期的に多数配置した人工構造材料である。メタアトムの材料、形状、寸法の設計で、自然界の材料では実現できない光学特性を有する人工構造材料を実現できる。誘電体膜の表裏両面に金属パッチを配置した構造のメタアトムにより、メタサーフェスの比誘電率と比透磁率を同じ周波数で同値かつ高い値に設計することで、高屈折率かつ無反射な光学特性を実現できる。屈折率が異なる複数のメタアトムの配置を設計することで、光源の指向性利得を向上する平面状で薄型な分布屈折率レンズや、平面波を光渦に変換する平面状で薄型な光学素子も実現できる。2年目は、これまでに作製した50THz帯で高屈折率・無反射なメタサーフェスの実験評価を進めた。メタサーフェスは厚さ100nmの極薄のSiNxメンブレンの表裏両面に1辺1200nmの正方形Auパッチを周期的に配置している。作製したメタサーフェスの実験評価に向け、クラマース・クローニッヒの関係式を用いて、材料の反射と透過の振幅のみから、材料の光学特性を導出する方法を構築した。位相の測定が困難な赤外域でも、反射と透過の振幅の測定のみから、材料の比誘電率と比透磁率の両方を導出できる。構築した方法により、フーリエ変換赤外分光計で測定した反射と透過の振幅の実験結果から、作製したメタサーフェスが50THz帯で高屈折率・無反射な光学特性を有することを確認した。作製したメタサーフェスの実験による実証はIRMMW-THz2022で報告した。クラマース・クローニッヒの関係式を用いた光学特性の導出方法の構築はFTT2022で報告した。また、メタサーフェスの作製と実証の成果は、文部科学省マテリアル先端リサーチインフラの令和4年度「秀でた利用成果」優秀賞を受賞した。第22回国際ナノテクノロジー総合展・技術会議で講演とポスター展示を行った。

元信息是人工结构材料，其中许多结构（称为元素）在比波长小的大量结构中定期排列。元完全材料，形状和尺寸的设计允许实现具有光学特性的人造结构材料，而天然材料无法实现。通过使用相同的频率和相同值设计元截面的相对介电常数和磁通透性，可以通过使用元时间结构来实现高折射率和非反射光学特性，其中金属斑块在介电膜的前面和后面上都排列了金属斑块。通过设计具有不同折射率的多个元素的排列，可以实现平面，薄的，分布式的折射率透镜，以改善光源的方向增益以及平面，薄的光学元件，将平面波转换为光学涡流。在第二年，我们对50THz频段中的高折射率和反射性跨纹膜进行了实验评估，我们到目前为止已经制造了。元表面定期在超薄的sinx膜的两侧排列，厚度为100 nm。为了对制造的元面孔进行实验评估，我们构建了一种仅从材料的反射和传输幅度中得出材料的光学性质的方法。即使在困难相位测量的红外区域，材料的相对介电常数和相对磁渗透性都可以从反射和传播幅度的测量中得出。使用构造的方法，可以从50THz频段中通过傅立叶变换红外光谱仪测量的反射和传输幅度的实验结果，在50THz带中具有高折射率和抗反射性光学特性。在IRMMW-THZ2022上报道了制造的跨膜的实验证明。 FTT2022报告了使用Kramers-Kronig关系得出光学性质的方法的构建。此外，授予了元城市的生产和演示结果，教育，文化，体育，科学与技术部在2022年获得“优秀用途结果”的卓越奖。在第22届国际纳米技术一般纳米技术一般展览会上举行了演讲和海报展览。