2019 Fiscal Year Annual Research Report
Verification of enlarged concept of metamaterials by plasma composites
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18H03690
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| Research Institution | The University of Shiga Prefecture |
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Principal Investigator |
酒井 道 滋賀県立大学, 工学部, 教授 (30362445)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
新戸 浩幸 福岡大学, 工学部, 教授 (80324656)
玉山 泰宏 長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (50707312)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | プラズマ / メタマテリアル / マイクロ波 / 赤外材料・素子 / 微粒子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、プラズマ複合構造体“メタプラズマ”のマルチスケール性・超広帯域周波数分散特性を基に、その高エネルギー性から生じる新奇物理を明らかにすることを目的としている。すなわち、プラズマ複合構造体は、構成要素であるメタマテリアルの効果により伝搬電磁波のエネルギー密度より数桁高い値を持つため、エネルギー平衡・エネルギー変換・非線形現象に特異性を備える。この性質に基づき、物理・工学の両面から“パワー・メタマテリアル”分野を確立するため、実験・理論の両面で研究を遂行した。
本年度の具体的な研究実績は以下の通りである。マイクロ波帯での検討においては、プラズマ－メタマテリアル複合体によるクローキング現象の実験実証検討を行った。構造体の背面部へのマイクロ波迂回現象について確認し、同時に観測された他の伝搬様態も含めた検討を進めている。並行して、EIT様メタマテリアルの実験に関しても、可変電力実験を行い、プラズマ生成の効果を線形・非線形特性の両面で、その特性の発現に対しての効果を検討中である。赤外光領域での検討については、新たに凝集体のサイズ効果を波長以下の領域で詳細に調べ、レイリー散乱とミー散乱のモード変化の様子を示唆するデータを得ており、その解析に注力している。粒子モデルコード開発としては、これまでに我々が開発済みのFDTD法コードを基にして作成した粒子モデルコードにより、損失の有る負の屈折率体における波動伝搬と周波数分散の詳細について明らかにすることができた。
今年度についても、学術論文発表および学会発表を積極的に行い、さらに国際会議においてプラズマ・メタマテリアルのサテライトワークショップも主宰し、学術分野の発展への寄与を目指して活動した。
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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
今年度の研究実施計画に掲げていた、項目はすべて達成しており、さらに新規の成果を得ることができた。プラズマ・メタマテリアルが備える高エネルギー性に関わる成果が期待通りに得られるとともに、計画していなかった成果も多く確認され、研究を一層加速している。
特に、今年度の検討における大きな追加の成果として、スタンフォード大学との共同検討により、我々の実験形態（パルスプラズマ利用）とは異なる形態においても、負の誘電率プラズマと負の透磁率メタマテリアルの複合による、負の屈折率体の実験的な観測を行うことができた。スタンフォード大学においては、負の誘電率プラズマを定常的に生成しているため、マイクロ波特性診断にネットワークアナライザを使用することができ、そのような系においても、これまで我々が確認してきたのと同様の負屈折率現象を確認できた。
また、２つの異なる周波数の高出力マイクロ波の同時入射実験についても実験系を構築中であり、プラズマ－メタマテリアル複合体の大面積化にも貢献しうる検討となっている。
さらに、関連する内容として、プラズマ・アンテナの解析モデルの検討や、疑似表面プラズモン現象における表皮深さエンジニアリングについての新たな提案も行った。
また、成果の社会貢献の意味合いにおいて、今年度は特に、研究代表者が現地実行委員長を務める国際会議10th International Workshop on Microplasmasにおいて、Satellite workshop on plasma metamaterialsを開催し、世界各国から６名の招待講演者や関連分野の研究者を集め、この分野におけるこれまでの研究を総括し、今後の発展の可能性について議論した。そして、我々のグループにより、今後もこの分野をけん引していくこともアピールした。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究計画の変更は無く、交付申請書に記載の内容を遂行するとともに、より発展的な研究展開を行う。
特に、検討内容として、高エネルギーマイクロ波に対する制御デバイスとしての有用性を確認するため、クローキング層の設計・実験的実証が大きなポイントとなる。すでに開始しているプラズマ・メタマテリアルによるクローキング層の実験検討において、クローキング現象の実験的観測に成功しているが、メタマテリアルが強い周波数依存性を持つことから、クローキング以外の現象についても興味深い特性が観測されており、対象物に対して広く伝搬モードを制御しうるマイクロ波制御層としての位置づけ、そして高エネルギーマイクロ波に対する頑強性と非線形機能性について、引き続き検討を深化させる。
また、荷電微粒子を用いた光制御の実験においては、レイリー散乱現象とミー散乱現象をまたいだパラメータ領域の包括的な理解とメタマテリアル効果を用いた応用について、引き続き検討する。
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[Presentation] Plasma metamaterials: present and future2019
Author(s)
O. Sakai, A. Iwai, A. Bambina, Y. Kabe, C. Inami, G. Itami, T. Naito, S. Miyagi
Organizer
The Joint Conference of XXXIV International Conference on Phenomena in Ionized Gases and the 10th International Conference on Reactive Plasmas
Int'l Joint Research / Invited
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