ＭＥＭＳ駆動型電磁誘起透明化メタマテリアルによる動的光制御

• Project Area: Electromagnetic Metamaterials
• Project/Area Number: 25109702
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 金森 義明 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10333858)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥8,710,000 (Direct Cost: ¥6,700,000、Indirect Cost: ¥2,010,000); Fiscal Year 2014: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2013: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
• Keywords: メタマテリアル / 微細加工 / マイクロマシニング / 光フィルタ / MEMS / マイクロ・ナノデバイス

Outline of Annual Research Achievements

本研究ではMEMS（微小電気機械システム）駆動可変構造による電磁誘起透明化（Electromagnetically induced transparency-like：EIT)メタマテリアルの動的光制御の実現を目的とする。また、MEMS駆動可変構造に適し、かつ高効率なメタマテリアル構造を探求するために、MEMS駆動の前段階として基板上に静的なメタマテリアルを製作し、理論および実験の両面から光学特性を調べることを目的とする。なお、対象波長は光領域およびテラヘルツ領域とする。本年度は、以下のデバイスを試作評価した。（１）光領域で動作するMEMS駆動EITメタマテリアルの試作を行った。波長800nm帯を設計波長とし自立構造上にメタマテリアルを製作することに成功した。透過スペクトル測定から共鳴によるディップを波長800nm付近で確認することができた。また、MEMSアクチュエータのみの動作に成功し36Vの駆動電圧で97nmの変位特性を得ることができた。（２）テラヘルツ領域で動作するMEMS駆動EITメタマテリアルの試作を行った。シリコンの自立構造上にEITメタマテリアルを製作し、MEMS駆動によるEITメタマテリアルの可動に成功した。（３）光メタマテリアルの屈折率、位相変調量を評価するための顕微干渉計を開発し、光領域で動作する静的なEITメタマテリアルの位相制御特性評価を行った。（４）テラヘルツ領域で動作する静的なEITメタマテリアルを再試作し、明瞭なEIT応答の観察に成功した。（５）非対称性を導入したFano共鳴型Asymmetric double bars（ADB）メタマテリアルの提案と実証を行い、波長1300nm近辺でFano共鳴の観察に成功した。また、ADBメタマテリアルのユニットセルの配列を変化させることによるFano共鳴のQ値向上に成功した。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] MEMS for plasmon control of optical metamaterials (2015)
  • Author(s): Yoshiaki Kanamori, Ryohei Hokari, and Kazuhiro Hane
  • Journal Title: IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics Volume: 21 Issue: 4 Pages: 2701410-2701410
  • DOI: 10.1109/jstqe.2014.2385957
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 光領域で動作するメタマテリアルの作製 ＝光メタマテリアルを用いた擬似電磁誘起透明化と光通信用減衰器＝ (2015)
  • Author(s): 金森義明
  • Journal Title: 光アライアンス Volume: 26 Pages: 24-28
  • Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Experimental demonstration of sharp Fano resonance in optical metamaterials composed of asymmetric double bars (2014)
  • Author(s): Y. Moritake, Y. Kanamori and K. Hane
  • Journal Title: Optics Letters Volume: 39 Issue: 13 Pages: 4057-4060
  • DOI: 10.1364/ol.39.004057
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] マイクロマシニングによる光メタマテリアルの製作 (2014)
  • Author(s): 金森義明
  • Journal Title: OPTRONICS Volume: 33 Pages: 65-69
  • Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Comparison of electromagnetically induced transparency between silver, gold, and aluminum metamaterials at visible wavelengths (2014)
  • Author(s): Ryohei Hokari, Yoshiaki Kanamori, and Kazuhiro Hane
  • Journal Title: Optics Express Volume: 22 Issue: 3 Pages: 3526-3537
  • DOI: 10.1364/oe.22.003526
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Fabrication of planar metamaterials with sharp and strong electromagnetically induced transparency-like characteristics at wavelengths around 820 nm (2014)
  • Author(s): Ryohei Hokari, Yoshiaki Kanamori, and Kazuhiro Hane
  • Journal Title: Journal of the Optical Society of America B Volume: 31 Issue: 5 Pages: 1000-1005
  • DOI: 10.1364/josab.31.001000
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Numerical study on resonant wavelength control of split ring resonators with inductance variable structures in the optical wavelength region (2013)
  • Author(s): Ryohei Hokari, Yoshiaki Kanamori and Kazuhiro Hane
  • Journal Title: Transactions of the Materials Research Society of Japan Volume: 38 Pages: 615-618
  • NAID: 130005004264
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 光領域で動作する電磁誘起透明化メタマテリアルの製作 (2015)
  • Author(s): 金森義明
  • Organizer: 平成27年電気学会全国大会
  • Place of Presentation: 東京都市大学 世田谷キャンパス、東京都世田谷区玉堤
  • Year and Date: 2015-03-24 – 2015-03-26
  • Invited
• [Presentation] Quality-factor enhancement of Fano resonance in asymmetric-double-bar metamaterials by alternately arranging inversed unit cells in the optical region (2015)
  • Author(s): Yuto Moritake, Yoshiaki Kanamori, and Kazuhiro Hane
  • Organizer: SPIE Photonic West
  • Place of Presentation: The Moscone Center, San Francisco, California, United States
  • Year and Date: 2015-02-07 – 2015-02-12
• [Presentation] サブ波長構造・超微細構造の作製方法と光応用～MEMS、生物模倣、メタマテリアル～ (2015)
  • Author(s): 金森義明
  • Organizer: 情報機構セミナー
  • Place of Presentation: 東京都・大井町 きゅりあん
  • Year and Date: 2015-01-14
  • Invited
• [Presentation] Fabrication and phase-shift analysis of EIT metamaterials operating at visible wavelengths (2014)
  • Author(s): Ryohei Hokari, Yoshiaki Kanamori, and Kazuhiro Hane
  • Organizer: 4th Japan-Korea Metamaterials Forum
  • Place of Presentation: Sigma Hall, Toyonaka Campus, Osaka University, Japan、大阪府豊中市待兼山町
  • Year and Date: 2014-12-22 – 2014-12-24
• [Presentation] Demonstration and characterization of Fano resonance in optical metamaterials composed of asymmetric double bar (2014)
  • Author(s): Yuto Moritake, Yoshiaki Kanamori, and Kazuhiro Hane
  • Organizer: 4th Japan-Korea Metamaterials Forum
  • Place of Presentation: Sigma Hall, Toyonaka Campus, Osaka University, Japan、大阪府豊中市待兼山町
  • Year and Date: 2014-12-22 – 2014-12-24
• [Presentation] High Precision Fabrication of Metamaterials at Optical Wavelengths (2014)
  • Author(s): Yoshiaki Kanamori
  • Organizer: International Conference on Small Science (ICSS 2014)
  • Place of Presentation: Eaton Hotel, Kowloon, Hong Kong
  • Year and Date: 2014-12-08 – 2014-12-11
  • Invited
• [Presentation] 光メタマテリアルにおけるFano共鳴特性の密度依存性 (2014)
  • Author(s): 森竹勇斗,金森義明,羽根一博
  • Organizer: 応用物理学会東北支部第69回学術講演会
  • Place of Presentation: 東北大学工学部青葉記念会館、仙台
  • Year and Date: 2014-12-04 – 2014-12-05
• [Presentation] 近赤外域における電磁誘起透明化メタマテリアルの製作と光学異方性の評価 (2014)
  • Author(s): 穂苅遼平,金森義明,羽根一博
  • Organizer: 応用物理学会東北支部第69回学術講演会
  • Place of Presentation: 東北大学工学部青葉記念会館、仙台
  • Year and Date: 2014-12-04 – 2014-12-05
• [Presentation] マイクロマシニングによるメタマテリアルの製作とMEMSによる可動メタマテリアルの可能性 (2014)
  • Author(s): 金森義明
  • Organizer: 奈良先端未来開拓コロキウム２０１４ 「Meta-X（メタエックス） version 3.1」公開ワークショップ
  • Place of Presentation: 奈良先端科学技術大学院大学、奈良県生駒市高山町
  • Year and Date: 2014-10-22 – 2014-10-25
  • Invited
• [Presentation] 光メタマテリアル (2014)
  • Author(s): 金森義明
  • Organizer: 第13回 マイクロシステム融合研究会
  • Place of Presentation: 東北大学 西澤潤一記念研究センター、仙台
  • Year and Date: 2014-10-14
  • Invited
• [Presentation] 生物模倣ナノ光学素子、メタマテリアルの製作と応用 (2014)
  • Author(s): 金森義明
  • Organizer: ナノ粒子・構造応用研究会 第9回公開講演会
  • Place of Presentation: 日本化学会 化学会館、東京
  • Year and Date: 2014-09-02
  • Invited
• [Presentation] 近赤外域にFano共鳴をもつ光メタマテリアルの作製とQ値解析 (2014)
  • Author(s): 森竹勇斗,金森義明,羽根一博
  • Organizer: 平成26年度電気学会E部門（センサ・マイクロマシン部門）総合研究会
  • Place of Presentation: 東京大学生産技術研究所、東京
  • Year and Date: 2014-05-27 – 2014-05-28
• [Presentation] 擬似電磁誘起透明化が生じる光メタマテリアルの製作と位相差解析 (2014)
  • Author(s): 穂苅遼平,金森義明,羽根一博
  • Organizer: 平成26年度電気学会E部門（センサ・マイクロマシン部門）総合研究会
  • Place of Presentation: 東京大学生産技術研究所、東京
  • Year and Date: 2014-05-27 – 2014-05-28
• [Presentation] Experimental Comparison of Electromagnetically Induced Transparency-like Characteristics between Silver and Aluminum Metamaterials at Visible Wavelengths (2014)
  • Author(s): Ryohei Hokari, Yoshiaki Kanamori, and Kazuhiro Hane
  • Organizer: The 5th International Conference on Metamaterials, Photonic Crystals and Plasmonics (META'14)
  • Place of Presentation: Nanyang Technological University (NTU), Singapore
  • Year and Date: 2014-05-20 – 2014-05-23
• [Presentation] Demonstration of Fano Resonance in Metamaterials Composed of Asymmetric Double Bars in Optical Region (2014)
  • Author(s): Yuto Moritake, Yoshiaki Kanamori, and Kazuhiro Hane
  • Organizer: The 5th International Conference on Metamaterials, Photonic Crystals and Plasmonics (META'14)
  • Place of Presentation: Nanyang Technological University (NTU), Singapore
  • Year and Date: 2014-05-20 – 2014-05-23
• [Presentation] Detuning Effect of Quadrupole Resonators in Electromagnetically Induced Transparency-like Metamaterials at Near-Infrared Wavelengths (2014)
  • Author(s): Ryohei Hokari, Yoshiaki Kanamori, Kazuhiro Hane
  • Organizer: 9th International Conference on Optics-Photonics Design & Fabrication
  • Place of Presentation: 板橋区、東京
• [Presentation] Numerical Study on Optical Metamaterials with High Quality Factor Composed of Asymmetric Double Bars (2014)
  • Author(s): Yuto Moritake, Yoshiaki Kanamori, and Kazuhiro Hane
  • Organizer: 9th International Conference on Optics-Photonics Design & Fabrication
  • Place of Presentation: 板橋区、東京
• [Presentation] Silicon Spherical Nano-particles having Magnetic Resonance Fabricated by Hydrogen Annealing (2014)
  • Author(s): Yosuke Abe, Yoshiaki Kanamori, Kazuhiro Hane
  • Organizer: 9th International Conference on Optics-Photonics Design & Fabrication
  • Place of Presentation: 板橋区、東京
• [Presentation] Wavelength-selective Optical Attenuators using Plasmonic Nano-resonator Array for Silicon waveguides (2014)
  • Author(s): Taiyo Takahashi, Yoshiaki Kanamori, Kazuhiro Hane
  • Organizer: 9th International Conference on Optics-Photonics Design & Fabrication
  • Place of Presentation: 板橋区、東京
• [Presentation] Experimental Comparison of Electromagnetically Induced Transparency-like Characteristics between Silver and Aluminum Metamaterials at Visible Wavelengths (2014)
  • Author(s): Ryohei Hokari, Yoshiaki Kanamori, and Kazuhiro Hane
  • Organizer: The 5th International Conference on Metamaterials, Photonic Crystals and Plasmonics
  • Place of Presentation: Singapore, Singapore
• [Presentation] Demonstration of Fano Resonance in Metamaterials Composed of Asymmetric Double Bars in Optical Region (2014)
  • Author(s): Yuto Moritake, Yoshiaki Kanamori, and Kazuhiro Hane
  • Organizer: The 5th International Conference on Metamaterials, Photonic Crystals and Plasmonics
  • Place of Presentation: Singapore, Singapore
• [Presentation] 利得媒質による光メタマテリアル共鳴のQ 値向上に関する数値解析 (2014)
  • Author(s): 森竹 勇斗、金森 義明、羽根 一博
  • Organizer: 第61 回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 青山学院大学 相模原キャンパス
• [Presentation] 近赤外域にFano共鳴をもつ光メタマテリアルの作製とQ値解析 (2014)
  • Author(s): 森竹勇斗,金森義明,羽根一博
  • Organizer: 平成26年度電気学会E部門（センサ・マイクロマシン部門）総合研究会
  • Place of Presentation: 東京都目黒区
• [Presentation] 擬似電磁誘起透明化が生じる光メタマテリアルの製作と位相差解析 (2014)
  • Author(s): 穂苅遼平,金森義明,羽根一博
  • Organizer: 平成26年度電気学会E部門（センサ・マイクロマシン部門）総合研究会
  • Place of Presentation: 東京都目黒区
• [Presentation] High precision fabrication of metamaterials at optical wavelengths (2014)
  • Author(s): Yoshiaki Kanamori
  • Organizer: International Conference on Small Science
  • Place of Presentation: Hong Kong
  • Invited
• [Presentation] Fabrication of electromagnetically-induced-transparency-like metamaterials in the near-infrared region (2013)
  • Author(s): Ryohei Hokari, Yoshiaki Kanamori and Kazuhiro Hane
  • Organizer: 3rd Korea-Japan Metamaterials Forum
  • Place of Presentation: Seoul, Korea
• [Presentation] Comparison of electromagnetically induced transparency between silver and gold metamaterials at wavelengths around 800 nm (2013)
  • Author(s): R. Hokari, Y. Kanamori, and K. Hane
  • Organizer: 26th International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC 2013)
  • Place of Presentation: 札幌、北海道
• [Presentation] メタマテリアルのMEMSへの応用の可能性 (2013)
  • Author(s): 金森義明
  • Organizer: 新化学技術推進協会 電子情報技術部会・MEMS分科会講演会
  • Place of Presentation: 東京都千代田区
  • Invited
• [Presentation] ナノ光機械・超微細構造の製造技術、開発動向と展望 (2013)
  • Author(s): 金森義明
  • Organizer: 情報機構セミナー
  • Place of Presentation: 東京都秋葉原
  • Invited
• [Presentation] 近赤外域における擬似電磁誘起透明化メタマテリアルの製作 (2013)
  • Author(s): 穂苅遼平、金森義明、羽根一博
  • Organizer: 平成25年度電気学会E部門（センサ・マイクロマシン部門）総合研究会
  • Place of Presentation: 東京工科大学(蒲田キャンパス）
• [Remarks] 研究室ホームページ
  • URL: http://www.hane.mech.tohoku.ac.jp/home.html