2020 Fiscal Year Annual Research Report
Study on THz Spectroscopy Using MEMS Chiral Metamaterial
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18H01843
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
菅 哲朗 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (30504815)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小西 邦昭 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (60543072)
神田 夏輝 東京大学, 物性研究所, 助教 (60631778)
岩瀬 英治 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (70436559)
高橋 英俊 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 講師 (90625485)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | メタマテリアル / THz / キラル / MEMS |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、テラヘルツ（THz）周波数帯において、タンパク質などの分子に、円偏光を照射して透過光を計測するだけで立体構造を調べることができる、新しい分光技術の確立に向けて、応答を増幅するために重要なキラルメタマテリアルの研究に取り組んだ。THz周波数帯は有用な分子の振動吸収スペクトルを多く含み、とくに、左右円偏光の吸収率の差からなる振動円偏光二色性スペクトルを計測できれば、分子の立体配置構造である3次元キラル構造の情報を得ることができ、医療や創薬など多方面で大きな効果が期待されている。しかし、円偏光二色性信号は微弱なので、現時点で計測技術は確立していない。そこで、大きな電場強度を持つ近接場光を、右円偏光・左円偏光両方に対して生成し、分子（物質）と円偏光の相互作用を増強して信号レベルの増大をはかり、THz振動円偏光二色性スペクトル計測の実現を目指す。この目的ために、申請者ら独自の円偏光と強い共鳴を示し、キラリティ切り替え可能な3次元MEMSメタマテリアルの実現に取り組んだ。
そのために、代表者らが提案している直径150μmの平面らせんキラルメタリアルをベースに、強い円偏光共鳴を実現する構造を検討した。すでに、この方法で1.1 THz付近で強い偏光変調特性（楕円率30°）が得られていたが、透過率が0.1と低く、実用上問題であった。0.4～1.8 THzの周波数帯でらせん構造の面外変形の増加に伴い、高い光学活性と高い透過率の維持の両立できることが、予備的な有限要素解析により判明したので、らせんキラルメタマテリアルを面外方向に300μm以上安定的に変形させる構造の実現を試作した。具体的方法として、らせん構造の中心のみを他の基板に接合し、らせん構造を製作した基板ともう一方の基板との間隔を広げることによって、らせん構造をフラットな状態から、面外方向に連続的に変形させるデバイス構成である。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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