Experiments, theories, and applications of space-time-dependent metamaterials that allow visualization of wave phenomena

媒質の物理定数が時間および空間に依存する時間空間媒質を、波動現象が目視可能なアクティブ力学系メタマテリアルで実現することを目標に研究に取り組んだ。初年度は、次のことに取り組んだ。1. 時間境界での波の反射の観測：１次元ウェーブマシンを使い、格子に当たるロッド間の結合強度を波の伝搬に対して十分に速く瞬間的に切り替えることで時間境界を作成し、その境界における反射率を理論式と比較した。さらに、時間境界での反射を抑制する時間的なインピーダンス整合層の条件を計算し、それを実験で実証した。この成果は、学術論文にまとめている最中である。2. 有効パラメーターを時空間的に変化できるアクティブ１次元メカニカルメタマテリアルの開発：１次元ウェーブマシンを基に永久磁石を各ロッドに取り付け、電磁石によって各ロッドの有効質量を制御する機構を取り入れるシステムの開発を行った。電磁石のOn/Offのデジタル制御によって、１ユニットの周波数を変えることができることを確かめた。3. 時空間境界による波の反射・透過シミュレーション：空間１次元の連続体の波動方程式において、媒質パラメータの境界が一定速度で動く場合に、波の反射や透過を表すシミュレーションを実装した。4. ２次元ウェーブマシンの開発：ハニカム格子状の２次元ウェーブマシンを作成し、そのトポロジカルに保護されたバレーホール効果の境界モードを観測する実験とシミュレーションを行った。直線状のジグザク界面においては、バレーホール効果らしき界面に局在する振動伝搬が観測できたが、直線状のベアーデット界面においては界面に局在する振動伝搬は観測できなかった。現在、電子系のグラフェンの理論を参考に、その部分の理由を探っている。

媒質の物理定数が時間および空間に依存する時間空間媒質を、波動現象が目視可能なアクティブ力学系メタマテリアルで実現することを目標に研究に取り組んだ。初年度は、次のことに取り組んだ。1. 時間境界での波の反射の観測：１次元ウェーブマシンを使い、格子に当たるロッド間の結合強度を波の伝搬に対して十分に速く瞬間的に切り替えることで時間境界を作成し、その境界における反射率を理論式と比較した。さらに、時間境界での反射を抑制する時間的なインピーダンス整合層の条件を計算し、それを実験で実証した。この成果は、学術論文にまとめている最中である。2. 有効パラメーターを時空間的に変化できるアクティブ１次元メカニカルメタマテリアルの開発：１次元ウェーブマシンを基に永久磁石を各ロッドに取り付け、電磁石によって各ロッドの有効質量を制御する機構を取り入れるシステムの開発を行った。電磁石のOn/Offのデジタル制御によって、１ユニットの周波数を変えることができることを確かめた。3. 時空間境界による波の反射・透過シミュレーション：空間１次元の連続体の波動方程式において、媒質パラメータの境界が一定速度で動く場合に、波の反射や透過を表すシミュレーションを実装した。4. ２次元ウェーブマシンの開発：ハニカム格子状の２次元ウェーブマシンを作成し、そのトポロジカルに保護されたバレーホール効果の境界モードを観測する実験とシミュレーションを行った。直線状のジグザク界面においては、バレーホール効果らしき界面に局在する振動伝搬が観測できたが、直線状のベアーデット界面においては界面に局在する振動伝搬は観測できなかった。現在、電子系のグラフェンの理論を参考に、その部分の理由を探っている。