2016 Fiscal Year Research-status Report
結合共振器系を用いたマルチ共鳴メタマテリアルの作製とテラヘルツ波吸収体への応用
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16K05401
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| Research Institution | Shinshu University |
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Principal Investigator |
宮丸 文章 信州大学, 学術研究院理学系, 准教授 (20419005)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中西 俊博 京都大学, 工学研究科, 助教 (30362461)
中田 陽介 信州大学, 先鋭領域融合研究群環境・エネルギー材料科学研究所, 助教(特定雇用) (50745205) [Withdrawn]
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | メタマテリアル / 結合共振器 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，人工的に作製した波長よりも小さい構造物の集合体(メタマテリアルと呼びます)において，マルチ周波数共鳴が生じるメタマテリアルの電磁応答特性を詳細に調べることを目的としています。またそれとともに，作製したメタマテリアル構造をテラヘルツ領域の吸収体へ応用することを目指しています。
本年度では，結合共振器型メタマテリアルと呼んでいる基本構造を幾つか提案し，その電磁応答特性を計算機シミュレーションにより調べました。具体的な構造としては，分割リング共振器と呼ばれる金属構造体を用いました。この分割リング共振器はある周波数において共鳴的な透過(または反射)特性が観測されますが，その共振器を5つ密に集積したものを1つのユニットとして，そのユニットを平面上に無数に配列した構造を用いました。それぞれの分割リング共振器は同じものなので，共鳴が現れる周波数は本来等しいものになりますが，密に集積することにより互いの共鳴器は結合し，その結果，マルチ周波数で共鳴が現れます。計算機シミュレーションの結果，最も対称性が良い構造でも2つの周波数に共鳴が現れるのが確認されましたが，共振器の対称性を低下させ，かつユニット全体の対称性を低下させることにより，少なくとも4つの異なる周波数に共鳴が観測されることが確認されました。一般的に複数の共振器が存在し，それぞれの個別の共振周波数は同じであっても，それらが結合した際に共鳴モードが分裂することがあります。今回得られた結果は，5つの共振器が結合した際，対称性が良いと幾つかの共鳴モードが縮退しており，対称性が低下することにより，より多くの共鳴モードに分裂したために観測されたものであると考えられます。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は，計算機シミュレーションにより，幾つかの構造をもつ結合共振器型メタマテリアルの電磁応答特性を調べ，マルチ周波数において共鳴モードが現れる構造を探索することを課題としてきました。等しい形状を持つ分割リング共振器を5つ密に集積し，それらの結合共振器系を作製することにより，共鳴モードが分裂することが計算機シミュレーションにより確認できました。またそれらの全体の対称性を低下させることにより，さらに多くの共鳴モードに分離することがわかりました。以上のことより，本年度は概ね順調に進展しているものと考えています。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，本年度行った計算機シミュレーションにより観測された共鳴モードのマルチ周波数化について，そのメカニズムの解明を目指します。対称性の低下によって共鳴モードがマルチ周波数化する現象を説明することができるように，できるだけ簡単なモデル化を行い，構造設計の際の見通しを良くすることを目指します。
また，本年度行った計算機シミュレーションの電磁応答特性を実験的に確認するため，実際にメタマテリアルの作製を行っていきます。試料の作製は，レーザーを用いて金属薄膜をパターニングすることにより行います。作製したメタマテリアルの電磁応答特性の測定には，テラヘルツ時間領域分光装置を用います。この装置を用いることにより，作製したメタマテリアルの透過率及び反射率のスペクトルが得られ，本年度行った計算機によるシミュレーションと比較することができます。
さらに次年度以降では，結合共振器型メタマテリアルで観測される共鳴モードのマルチ周波数化を吸収体に応用することを目指します。具体的には，計算機シミュレーションや実験で確認されたマルチ周波数で共鳴モードが観測されるメタマテリアル構造をベースに，そのメタマテリアルと金属膜を，誘電体を挟んで積層した構造を作製します。このような多層膜構造は吸収体として作用することが期待され，吸収率が大きくなる周波数は，メタマテリアルの共鳴モードが観測される周波数とほぼ等しくなると考えられます。2つの金属層で挟まれる誘電体層の厚みなどを変化させ，吸収特性がどのように変化するかを計算機シミュレーションによって調べることにより，最適な構造を探索していく予定です。
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| Causes of Carryover |
本年度は，当初見込んでいた予定額よりもやや少ない額で研究が進んだため，次年度使用額が生じました。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度使用額は，平成29年度の請求額と合わせまして，主に消耗品費として使用する予定です。
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Research Products
(2 results)
