2018 Fiscal Year Annual Research Report
Verification of quantum levitation by MEMS metamaterials
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17K19034
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
冨田 知志 東北大学, 理学研究科, 助教 (90360594)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
金森 義明 東北大学, 工学研究科, 准教授 (10333858)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2019-03-31
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| Keywords | メタマテリアル / MEMS / カシミール力 / 零点振動 / 量子真空効果 / 量子浮上 / 低摩擦 / 微小力センサー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
サブミクロンの距離を隔てた金属膜間には、量子真空効果である零点振動を起源とするカシミール力が働く。カシミール力は通常は引力であるが、特殊な誘電率・透磁率の組み合わせでは斥力が起こるとされる。しかしこれまで固相間でのカシミール斥力の実験的な報告はほとんどない。本研究では誘電率と透磁率の精密制御が可能な人工構造物質（メタマテリアル）を微小電気機械システム（MicroElectro Mechanical Systems：MEMS）と融合することで、MEMSカンチレバーのカシミール斥力による量子浮上を実証することを目的としている。カシミール斥力を用いた量子浮上は、MEMSの低摩擦化・省エネルギー化を可能にするなど大変興味深い。更に極限微小力センサーの開発にも繋がると期待される。
最終年度は、メタマテリアルとMEMSカンチレバーの特性を数値シミュレーションで予測する為に、COMSOLマルチフィジクスシミュレータ（波動光学モジュール＋MEMSモジュール）を導入した。そして負の屈折率を実現するためのダブルフィッシュネット（二重漁網）型メタマテリアルの数値計算を行い、その光学応答を調べた。これと並行して、MEMSで用いられる微細加工技術（電子ビームリソグラフィとリフトオフ）により、銀を用いたダブルフィッシュネット型メタマテリアルの試作を行った。様々なプロセス条件を試したが、銀を用いたダブルフィッシュネット構造の片持ち梁カンチレバーの作製には至らなかった。より詳細なプロセス条件の検討が必要であることが明らかになった。一方で、アルミニウムの両持ち梁の作製ならば可能であることが明らかになるなど、状況は着実に進歩した。本研究はメタマテリアルが融合したMEMSカンチレバーの実現に向けた重要な一歩となりうる。以上の研究の過程で得られた知見は学会及び図書などで発表した。
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