メタマテリアルによる局所電磁場制御

前年度に引き続き、電磁メタマテリアルにおける局所電磁場の理解のために、メタマテリアルとエヴァネッセント光との相互作用について研究をすすめた。特に半導体上に形成された2次元的な金属周期構造についてエヴァネッセント光との相互作用の実験的評価及び理論解析を行った。我々は前年度において、表面モードの固有周波数を評価するための新たな実験解析手法を提案した。今年度は、この実験解析手法を改良し、表面モードおよび導波路モードの固有周波数を評価するための手法を確立することに成功した。従来の手法では、試料からの反射光と、エヴァネッセント光を生み出すための全反射プリズムからの反射光との干渉効果が問題となっていたが、我々の手法はこの効果を取り除くことができるのが特徴である。この新たな手法による実験結果と、理論的計算による結果を比較することで、半導体上に形成された2次元金属周期構造がデラヘルツ周波数領域において薄膜導波路メタマテリアルとして振舞うことを世界で初めて明らかにした。理論計算においては、実験から得られた試料の持つ有効誘電率を基に、一様な異方的薄膜中での導波路モードの分散関係を計算した。その理論計算の結果、実験で励起された導波路モードは薄膜に強く局在するモードに対応することがわかった。薄膜の厚みがテラヘルツの周波数の1/1000程度と非常に薄く、このような強い局在は通常の誘電体ではありえない。この局在は局所電磁場自体が金属構造近傍に強く局在していることを示唆している。これらの結果を論文としてまとめ、Physical Revlew Bに投稿中である。

前年度に引き続き、電磁メタマテリアルにおける局所電磁場の理解のために、メタマテリアルとエヴァネッセント光との相互作用について研究をすすめた。特に半導体上に形成された2次元的な金属周期構造についてエヴァネッセント光との相互作用の実験的評価及び理論解析を行った。我々は前年度において、表面モードの固有周波数を評価するための新たな実験解析手法を提案した。今年度は、この実験解析手法を改良し、表面モードおよび導波路モードの固有周波数を評価するための手法を確立することに成功した。従来の手法では、試料からの反射光と、エヴァネッセント光を生み出すための全反射プリズムからの反射光との干渉効果が問題となっていたが、我々の手法はこの効果を取り除くことができるのが特徴である。この新たな手法による実験結果と、理論的計算による結果を比較することで、半導体上に形成された2次元金属周期構造がデラヘルツ周波数領域において薄膜導波路メタマテリアルとして振舞うことを世界で初めて明らかにした。理論計算においては、実験から得られた試料の持つ有効誘電率を基に、一様な異方的薄膜中での導波路モードの分散関係を計算した。その理論計算の結果、実験で励起された導波路モードは薄膜に強く局在するモードに対応することがわかった。薄膜の厚みがテラヘルツの周波数の1/1000程度と非常に薄く、このような強い局在は通常の誘電体ではありえない。この局在は局所電磁場自体が金属構造近傍に強く局在していることを示唆している。これらの結果を論文としてまとめ、Physical Revlew Bに投稿中である。