非相反座標変換媒質の創成

Research Project

Project/Area Number	22K18810
Research Category	Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Medium-sized Section 21:Electrical and electronic engineering and related fields
Research Institution	Osaka University
Principal Investigator	真田篤志大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 教授 (20264905)
Project Period (FY)	2022-06-30 – 2024-03-31
Project Status	Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000) Fiscal Year 2023: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000) Fiscal Year 2022: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000)
Keywords	メタマテリアル / 変換電磁気学 / 透明マント / 非相反
Outline of Research at the Start	相手から見えなくなる透明マントを被ると、原理的には自分からも相手を見ることができなくなる。では、相手からは見えないが自分からは相手が見える非相反性を示す透明マントはどうすれば実現できるであろうか? 本研究では、時間反転対称性を破る磁性材料を導入した非相反異方性媒質メタ原子の回路トポロジを探索し、光の到来方向が順方向と逆方向で異なる座標変換を独立に与える非相反座標変換媒質の構成理論を構築する。また本媒質により非相反透明マントを構成し、その動作を確認する。
Outline of Annual Research Achievements	本研究では、伝搬方向によって異なる独立した座標系を与える非相反座標変換媒質の構成理論を構築し、非相反性を示す透明マントの動作を検証した。まず、基本素子となる、複数のジャイレータで構成される非相反集中定数素子を提案した。提案した非相反集中定数素子が、電流の方向によって任意の異なるインピーダンスを持つ非相反性を示すことを回路論に基づき理論的に示した。また、数値シミュレーションにより、本素子がほぼ周波数依存性のない非相反集中定数素子として動作することを確認した。これにより非相反異方性媒質の最も基本的となる構成要素が実現できた。次に、波の伝搬方向によって異なる実効媒質パラメータを与える２次元非相反異方性メタ原子モデルの回路トポロジーを探索した。提案する非相反集中回路素子を2次元異方性媒質モデルの各素子に導入することで、非対角項を含む実効的媒質パラメータをほぼ独立に与えることができるメタ原子回路モデルを提案した。回路シミュレーションにより、本メタ原子回路モデルで構成した2次元非相反異方性媒質が、順方向および逆方向の電磁波伝搬に対して理論通りの非相反伝搬特性を持つことを数値的に確認した。このことにより、本研究の第１の目的である順方向と逆方向でほぼ独立した座標系を与える非相反異方性媒質の構成理論の構築に成功した。続いて、提案する2次元非相反異方性媒質を用いて、反射型の透明マントであるカーペットクロークを設計した。数値散乱シミュレーションにより、入射角度45度でこぶを照らす入射ビームに対してはあたかもこぶがない鏡面反射をするが、入射角度が-45度の入射ビームに対してはクロークがなく、こぶのみがある場合の散乱が見られるという、非相反透明マント媒質の動作を確認した。