Development of bulk optical metamaterial that can observe negative refraction

• Project/Area Number: 18H01902
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 30020:Optical engineering and photon science-related
• Research Institution: The University of Tokushima
• Principal Investigator: OKAMOTO Toshihiro 徳島大学, ポストLEDフォトニクス研究所, 准教授 (60274263)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 原口 雅宣 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(理工学域), 教授 (20198906)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥15,210,000 (Direct Cost: ¥11,700,000、Indirect Cost: ¥3,510,000); Fiscal Year 2021: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000); Fiscal Year 2020: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2019: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000); Fiscal Year 2018: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000)
• Keywords: 光メタマテリアル / バルク / 負屈折現象 / スプリットリング共振器 / 負屈折率現象

Outline of Final Research Achievements

The purpose of this study was to realize mass production of metaatoms and establishment of three-dimensional placement technology with the aim of realizing bulk optical metamaterials in which negative refraction can be observed.
The main results are as follows. (1) Fabrication of meta-atom using nanosphere lithography method and construction of 2D and 3D placement technology of meta-atom. (2) Construction of a method for measuring the effective refractive index tensor of metamaterial thin films. (3) Construction of a simulation method to calculate the effective refractive index of a metamaterial consisting of meta-atoms of arbitrary shape. (4) Realization of shorter operating wavelength by using low refractive index embedded material.
However, a bulk metamaterial in which the negative refraction phenomenon in the visible light wavelength band can be observed has not yet been realized.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

可視光波長動作や目視が可能な負屈折現象の実現はまだ達成できていないが、本研究によって厚みのあるバルクメタマテリアル作製に必要な要素技術が進歩したことにより、自然界には存在しなかった様々な比誘電率、比透磁率、屈折率などを持つ新しい光学材料が得られるようになると期待される。これにより、様々な光学機器の性能向上の他、メタマテリアル特有の新たな光学現象を利用した応用が進むなど、これまで作製困難であったため行われていなかったバルク光メタマテリアルに関する研究や応用開発の加速が期待される。

Research Products

• [Journal Article] NSL法を用いたメタマテリアルの作製 (2018)
  • Author(s): 岡本 敏弘, 原口 雅宣
  • Journal Title: 化学工業 Volume: 69 Pages: 884-889
• [Presentation] 分割リング共振器含有フィルムにおける磁気共鳴短波長化のための包埋材料の検討 (2022)
  • Author(s): 渡部健太、岡本敏弘、小野功馬、山口堅三、原口雅宣
  • Organizer: レーザー学会学術講演会第42回年次大会
• [Presentation] 光磁界と相互作用する金属スプリットリング共振器で構成された光メタマテリアルの開発 (2022)
  • Author(s): 岡本敏弘
  • Organizer: レーザー学会学術講演会第42回年次大会
  • Invited
• [Presentation] 表面修飾技術を用いた金リング構造の垂直配置手法の検討 (2021)
  • Author(s): 渡辺智貴、岡本敏弘、山口堅三、原口雅宣
  • Organizer: 第82回応用物理学会秋期学術講演会
• [Presentation] 微小球リソグラフィ法を用いた多分割リング共振器の作製 (2021)
  • Author(s): 冨田 亮, 岡本 敏弘, 山口 堅三, 桑原 稔, 原口 雅宣
  • Organizer: 第68回応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] 磁気応答を示す金属メタ原子分散液の作製 (2021)
  • Author(s): 渡辺 智貴, 岡本 敏弘, 山口 堅三, 原口 雅宣
  • Organizer: 第17回プラズモニクスシンポジウム
• [Presentation] 三日月型スプリットリング共振器で構成された光メタ表面における実効透磁率の数値シミュレーション (2019)
  • Author(s): 福田知洋, 岡本敏弘, 岩本知佳, 原口雅宣
  • Organizer: 日本光学会年次学術講演会
• [Presentation] バルク光メタマテリアル実現に向けた取り組み (2019)
  • Author(s): 冨田 亮, 岡本 敏弘, 谷川 紘太, 鎌田 隼, 岩本 知佳, 福田 知洋, 栗田 真, 北岡 昌真, 原口 雅宣
  • Organizer: LED総合フォーラム2019in徳島
• [Presentation] 金属スプリットリング共振器と光メタマテリアル (2018)
  • Author(s): 岡本 敏弘
  • Organizer: 日本光学会ナノオプティクス研究グループ 第25回研究討論会
• [Book] メタマテリアルの設計、作製と新材料、デバイス開発への応用 (2022)
  • Author(s): 中川勝，岡本敏弘，藤井雅留太，平沢一真，長尾忠昭， 花村克悟，松井裕章，宮崎康次，岩見健太郎，玉山泰宏，山本洋平，山岸洋，内野俊，雨宮智宏，高原淳一，森竹勇斗，向井剛輝，岩長祐伸，藪浩，島田敏宏，他33名
  • Total Pages: 508
  • Publisher: 技術情報協会
  • ISBN: 9784861048760
• [Book] メタマテリアル，メタサーフェスの設計・作製と応用技術 (2020)
  • Author(s): 髙原 淳一，岩長 祐伸，長崎 裕介，田中 拓男，佐野 栄一，松井 龍之介，岡本 敏弘，納谷 昌之，金森 義明，岩見 健太郎，玉山 泰宏，堀 俊和，宮崎 英樹，久保 若奈
  • Total Pages: 202
  • Publisher: R&D支援センター
  • ISBN: 9784905507468
• [Book] 枯渇資源と技術開発 (2020)
  • Author(s): 杉山 茂, 森賀 俊広, 加藤 雅裕, 村井 啓一郎, 堀河 俊英, 霜田 直宏, 古部 昭広, 柳谷 伸一郎, 小笠原 正道, 山本 孝, 中村 嘉利, 浅田 元子, 佐々木 千鶴, 田中 秀治, 竹内 政樹, 竹谷 豊, 奥村 仙示, 増田 真志, 岡本 敏弘
  • Total Pages: 88
  • Publisher: 徳島大学産業院出版部
• [Remarks] 徳島大学理工学部理工学科光システムコース
  • URL: https://www.opt.tokushima-u.ac.jp/
• [Remarks] 徳島大学ポストLEDフォトニクス研究所
  • URL: https://www.pled.tokushima-u.ac.jp/
• [Remarks] 徳島大学理工学部理工学科情報光システムコース光系
  • URL: https://www.opt.tokushima-u.ac.jp/