Kirigami metamaterials for tunable optical properties
| Project/Area Number |
21H01274
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 20010:Mechanics and mechatronics-related
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
菅 哲朗 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (30504815)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
神田 夏輝 国立研究開発法人理化学研究所, 光量子工学研究センター, 研究員 (60631778)
岩瀬 英治 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (70436559)
高橋 英俊 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (90625485)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
Fiscal Year 2021: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
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| Keywords | メタマテリアル / 切り紙 / MEMS |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、切り紙構造を利用することで、光学的な特性を大幅に変調可能なMEMS光学メタマテリアルを実現する。光学メタマテリアルにおいて、従来から光共鳴構造の3次元形状変化や、フレキシブル基板の引っ張りによる共鳴体の配置間隔変化を利用した動的特性変調方法が研究されているが、限界があり実用的なデバイスに必要な変調機能は得られていない。そこで、2次元平面から立体構造を自由度高く作ることができる切り紙構造と融合し、構造的な制約をなくし、可変自由度が飛躍的に高い光学メタマテリアルを実現する。薄型可変レンズ、可変偏光モジュレータ、大面積可変ホログラムなど、強力な光操作デバイスを実現する基礎技術を確立する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、切り紙構造を利用することで、光学的な特性を大幅に変調可能なMEMS光学メタマテリアルを実現することを目的としている。光学メタマテリアルにおいて、従来から光共鳴構造の3次元形状変化や、フレキシブル基板の引っ張りによる共鳴体の配置間隔変化を利用した動的特性変調方法が研究されているが、限界があり実用的なデバイスに必要な変調機能は得られていない。そこで、2次元平面から立体構造を自由度高く作ることができる切り紙構造と融合し、構造的な制約をなくし、可変自由度が飛躍的に高い光学メタマテリアルを実現すための基礎技術を確立することを目的として実施する。
本年度は昨年度に引き続いて回折格子を備えた薄型Top層を備えたMEMS構造にナノサイズの切り紙構造を作製することで、外力により格子ピッチを大幅に変形可能とする構造の作製に取り組んだ。電子線描画により200nm程度のビーム幅の切り紙蛇腹構造を試作し、ピッチ変形量100%可変な構造を試作した。試作の結果構造の破断などがみられるため、十分な格子としての機能は実現できなかったが、限定的に100%変形可能な格子構造の実現が可能であることを確認した。また、一昨年までのポリイミドフィルム状へのメタマテリアル展開の有効性を背景に、シート状のメタマテリアルによるセンサなどへの応用展開を中心に検証した。基礎検証として、シート構造としてはPCB基板を用いて、GHz領域で機能するメタマテリアル構造を試作した。シートに形成したメタマテリアル構造が、水分で腐食するタイプのセンサで構成することにより、土壌上の水分量を測定可能なセンサとして展開可能であることを確認した。今後、切り紙による形状の自由度を加え、センサデバイスとしての技術展開を検討する予定である。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(20 results)
