2019 Fiscal Year Research-status Report
屈折率が10以上の超高屈折率・無反射なテラヘルツ波帯材料の研究
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18K04970
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
鈴木 健仁 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60550506)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | テラヘルツ波 / メタサーフェス / メタマテリアル / 高屈折率材料 / 極限屈折率材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究代表者は、2016年に0.3THz帯で実効屈折率6.7、反射1.2%、透過92%の特性を有する高屈折率・無反射な極限屈折率材料(メタサーフェス)を生みだした。2017年には0.3THz帯で実効屈折率12、反射5.1%、透過73%の超高屈折率・無反射な極限屈折率材料を生みだした。テラヘルツ波帯は第6世代6G(Beyond 5G)以降の移動通信システムでの利用が期待されている。そこで材料を光学コンポーネントへ応用し、2017年に様々なテラヘルツ波帯光源に集積化可能な両面構造ペアカットワイヤーアレーアンテナ(Double-sided paired cut wire array antenna)も創出した。
2018年4月から2021年3月までの本研究では、超高屈折率・無反射な極限屈折率材料を1～3THz帯で実現することを目的としている。0.3 THz帯よりさらに高周波数の1～3THz帯で報告され始めている室温・単一周波数のテラヘルツ波帯光源への応用を意図している。3年間で計画している具体的な研究項目は、①テラヘルツ波帯の超高屈折率・無反射な極限屈折率材料の支配法則の解明、②材料の1～3THz帯での最適化設計、③テラヘルツ波帯での極限屈折率材料の作製法の体系化と機能の実証、の3つである。
2年目の2019年4月から2020年3月は、1年目に研究項目②、③を進める過程で試作した3THz帯の超高屈折率・無反射な極限屈折率材料の再実験、再評価を進めた。実験結果を解析により表現し、説明できる状態となった。また、本成果について査読付き英語論文誌の執筆を進めた。また、2019年10月に材料とアンテナの特許が登録[特許6596748号]された。
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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
高屈折率・無反射なメタサーフェスは、誘電体基板の表裏に対称にペアカットワイヤーを配置して構成している。この両面対称ペアカットワイヤーがメタアトムとして振舞い、材料の誘電性と磁性を同時に制御し、高屈折率・無反射な材料特性を実現できる。設計した高屈折率・無反射メタサーフェスをインクジェット印刷で作製している。厚さ5μmのポリイミドフィルムの表裏両面に、80,036組(428 × 187)の面対称なペアカットワイヤを銀ペーストインクでインクジェット描画して作製した。
2018年度の実施状況に記載のA.実験誤差、B.試作誤差、C.材料誤差の検討を進めた。Aについてはテラヘルツ時間領域分光法による実験を繰り返し、2.97 THzでの実効屈折率5.9、反射1.3%、比誘電率6.7、比透磁率5.0を確認した。Bについてはレーザー顕微鏡でメタアトムのパラメータを計測し、最頻値を求めた。Cについては同種類の銀ペーストインクの複素導電率の記載のあった参考文献[K. Takano et al., Appl. Phys. Express 3(1), 016701 (2010).]をもとに、プラズマ周波数320THzと緩和時間0.19psをもとに、3.0THzでの複素導電率の値として4.92×105+j1.76×106S/mを用いた。以上により、自然界の材料にはない磁場共振により比誘電率と比透磁率の値を近付けることで、3THz帯で高屈折率・無反射な極限屈折率材料を実験により確認した。
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| Strategy for Future Research Activity |
2.97 THzで実効屈折率5.9、反射1.3%、比誘電率6.7、比透磁率5.0を有する高屈折率・無反射な極限屈折率材料を実験により確認した。研究項目②、③を通して3THz帯で高屈折率・無反射な極限屈折率材料を実験により確認できた。実験データと解析データの整理、追加の解析データの収集を進めるとともに、エネルギー保存則についての評価と考察を進める。また、引き続きこれまでの解析結果や実験結果をもとに研究項目①に取り組む。さらに、最終年度となる3年目は上記の内容について、査読付きジャーナル論文の執筆に研究時間を割き、論文執筆を進める。
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| Causes of Carryover |
(理由)
2年目の費用は主に電磁界解析シミュレータのライセンス更新費用、国際会議での発表費用、研究項目③テラヘルツ波帯での極限屈折率材料の作製法の体系化と機能の実証、の試作工程の構築のために使用した。試作工程の構築中のため、次年度使用額が発生した。
(使用計画)
査読付きジャーナル論文の英文校正費用、投稿費用、研究項目③テラヘルツ波帯での極限屈折率材料の作製法の体系化と機能の実証に使用予定である。
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