2021 Fiscal Year Annual Research Report
Broadband perfect infrared absorbers using three-dimensional metamaterials
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18H03889
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
田中 拓男 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 主任研究員 (40283733)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | メタマテリアル / 光吸収体 / 赤外光 / 赤外分光 / 円錐螺旋構造 / 機械学習 / 光熱電変換デバイス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
従来２次元平面状の構造であったMetal-Insulator-Metal(MIM)構造を基板表面に垂直方向に配列させた3次元vertically oriented Metal-Insulator-Metal(v-MIM)メタマテリアルを効率良く加工する技術を開発した．開発した技術を利用して実際にv-MIM構造を作製し，その光学特性を赤外分光器を用いて評価した．その結果，中赤外領域に共鳴吸収バンドを持ち，特に波長５μｍ帯において99.5％のほぼ完全な光吸収を示す事を確認した．さらに異なる波長域に吸収バンドを持つ構造を集積化することで吸収波長体域を拡大できることを実証できた．また，3次元円錐螺旋構造を用いた広帯域光吸収体構造については，有限要素法を用いて構造パラメータと吸収スペクトルとの関係を解析した．その結果，螺旋構造の巻き数が整数の場合と比較して非整数の時の方が広い波長域の光を吸収することが解った．現在そのメカニズムを探究中である．また，前年度の研究で，深層学習手法を用いて構造パラメータから吸収スペクトルを高い精度で推測できることを確認したが，今年度は与えられた吸収スペクトルからそれを実現する構造パラメータを推測する手法の開発を試みた．その結果，特定のスペクトル形状については，それに対応する構造パラメータを推測することができたものの，全く見当違いの構造が出力されることがあることも解った．そこで，ベイズ推定法を利用して，さらに効率良く解を探究する手法の検討を行った．メタマテリアル吸収体の光熱電デバイスの高効率化への応用については，吸収体の構造を最適化することでさらに光吸収特性を向上させるとともに，素子にフォノンの拡散を抑制するフォノニックな構造を導入する事で光熱電変換特性の感度が向上し，電力生成デバイスのみならず赤外線の検出デバイスとして利用できることを明らかにできた．
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| Research Progress Status |
令和3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3年度が最終年度であるため、記入しない。
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