2021 Fiscal Year Research-status Report
Electromagnetic-wave storage in a metamaterial by dynamic modulation of BIC states
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20K05360
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
中西 俊博 京都大学, 工学研究科, 講師 (30362461)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | メタマテリアル / BIC状態 / 電磁波の保存 / 時変メタマテリアル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は, BIC状態(Bound states In the Continuum状態)と呼ばれる伝搬波と結合のない状態に電磁波を保存し, 任意のタイミングで再放出(再生)するメタマテリアルを実現することを目的としている.
前年度研究を進めた, スプリットリング共振器の補対構造を基本要素とする, メタマテリアルについて本年度も更に解析を進めた. このメタマテリアルにおいては, スプリットリングが対称であるときにBIC状態を実現し, スプリットリングが非対称であるときにBIC状態が崩れることを利用している. とりわけ, スプリットリング共振器が対称であるBIC状態のときに電磁波が保存されるために, この状態の損失を減らすことが重要である. 電磁界解析を用いた解析と構造の調整によって, ある程度損失を減らすことができることが分かったが更なる最適化が必要である.
以上の研究とは別に, 電磁波が伝搬する半導体導波路に光を当て表面に光キャリアを誘起することで, 伝搬電磁波とは結合が切れたBIC状態が形成されることを明確にした. しかも, この状態は直流状態であり, これまでBIC状態として研究されてきた時間変動する共振状態とは全く異なる新しい機構を実現するものといえる. この直流BIC状態を用いることで, 電磁波の保存と再生を実現できることを電磁界シミュレーションで実証した. 得られた結果は, 解析計算の結果と良く一致しており, 電磁界シミュレーションの結果が正しいことを証明している.
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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
スプリットリング共振器が対称であるBIC状態の損失の低減が重要であることが分かったが, さらなる損失の低減が必要であることも分かった. 一方, 電磁波が伝搬する半導体導波路に光を当て表面に光キャリアを誘起することで, 直流BIC状態が実現されるという全く新しい効果の発見もあった. そして, 電磁波の保存と再生も可能であることを電磁界シミュレーションで示すこともできた. 以上を総合すると, 研究はおおむね順調に進展していると判断できる.
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| Strategy for Future Research Activity |
スプリットリングが対称であるBIC状態とスプリットリングが非対称であるBIC状態を導電率変調物質を導入することで切り替え可能であることを利用し, 電磁波の保存と再生が実現可能であることを検証する. また, 有限の導電率が, 電磁波の保存時間にどのように影響するかを調べる. また, 入力電磁波の形状を工夫することで, 保存効率を改善することが可能であるかも検討する.
半導体導波路における直流BIC状態を用いた電磁波の保存再生においては, 反射波が位相共役光として機能する. このことを利用し, 時間反転波を実現し, 波源の再構成が可能であることを電磁界シミュレーションで検証を行う.
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