個と集の双共鳴を利用したテラヘルツ光学素子の創出

Research Project

Project/Area Number	23K17890
Research Category	Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Medium-sized Section 30:Applied physics and engineering and related fields
Research Institution	National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
Principal Investigator	鈴木大地国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (80823640)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	野々口斐之京都工芸繊維大学, 材料化学系, 講師 (50610656) 瀧田佑馬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 (50714820) 加藤悠人国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (70635820)
Project Period (FY)	2023-06-30 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000) Fiscal Year 2024: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000) Fiscal Year 2023: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Keywords	テラヘルツ / カーボンナノチューブ / プラズモン共鳴 / レーザーアブレーション / 非破壊検査
Outline of Research at the Start	本研究では１次元ナノ構造体であるCNT膜で特異的に発生するエレクトロン（個）とプラズモン（集）の２種の共鳴を併用した双共鳴THz光学現象の解明・制御・応用に挑む。これはエレクトロニクスとプラズモニクスを繋ぐ新たな光学現象を探求する萌芽研究であり、本研究が達成された暁には、光学・電磁気学・材料科学における新規研究領域の創出や、THz帯電磁波を活用した新規産業技術の創出が期待される。
Outline of Annual Research Achievements	本研究では、双共鳴THz光学現象の「１．解明：双共鳴現象の発生条件明確化・基礎特性の解析および計測」「２．制御：CNT膜のミクロとマクロな条件操作による双共鳴現象の制御」「３．応用：双共鳴THz光学フィルタ・センサーによる通信・センシング応用」の研究項目に取り組むことで、「１）個と集の双共鳴THz光学現象の発生条件・特性を解明」「２）マクロとミクロな材料操作を通じた双共鳴現象の特性任意制御を達成」「３）双共鳴THz光学素子の作製と通信orセンシング応用の達成」の３つの研究目標達成を目指す。「研究項目１．双共鳴現象の解明」については、事前実験と材料条件をそろえたTHzアンテナを作製し、THz帯の超広帯域スペクトル計測とHFSSによる電磁界解析を通じて双共鳴現象の共振周波数等の特性を解明した。「研究項目２．双共鳴現象の制御」については、膜厚、ピッチ、形状、基板等のマクロな材料条件変更を通じたキャリア共振の制御と、CNTの配向、キャリア濃度等のミクロな材料条件変更を通じたプラズモン共鳴の制御の両方に取り組んだ。「研究項目３．双共鳴現象の応用」については、キャリア共振（バンドパス・偏光制御）とプラズモン共鳴（THz帯広帯域吸収）の強みを活かした新規THz光学素子を作製した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 1: Research has progressed more than it was originally planned. Reason 「研究項目１．双共鳴現象の解明」については、2023年度はTHz帯の超広帯域スペクトル計測とHFSSによる電磁界解析を行う予定であり、当初の計画通りに進展している。「研究項目２．双共鳴現象の制御」については、2023年度はCNT膜をライン＆スペース＝5um&5umで形成する高アスペクト比微細加工技術を構築した。2024年度はCNTの配向・キャリア濃度等のミクロな材料条件を変更したTHzアンテナを作製しTHｚスペクトル測定を行う予定であり、当初の計画通りに進展している。「研究項目３．双共鳴現象の応用」については、本来2024年度から始める課題であったが、計画を前倒しして開始することで2023年度中にアンテナ結合熱型THzセンサーの作製ができており、当初の計画以上に進展している。以上の点から、2023年度は当初の計画以上に進展していると評価できる。
Strategy for Future Research Activity	「研究項目１．双共鳴現象の解明」については、HFSSによるTHz帯の電磁界解析を行う予定である。「研究項目２．双共鳴現象の制御」については、CNTの配向・キャリア濃度等のミクロな材料条件を変更したTHzアンテナを作製しTHｚスペクトル測定を行う予定である。「研究項目３．双共鳴現象の応用」については、アンテナ結合熱型THzセンサーの特性評価・センシング応用を行う予定である。