Electromagnetic-wave storage in a metamaterial by dynamic modulation of BIC states

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K05360
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 30020:Optical engineering and photon science-related
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: Nakanishi Toshihiro 京都大学, 工学研究科, 講師 (30362461)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• 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

Outline of Final Research Achievements

We have proposed a method to store and retrieve electromagnetic waves in artificial media, called metamaterials, by dynamically modulating BIC (Bound states In the Continuum) states. In electromagnetic simulations, we have shown that the energy of propagating electromagnetic waves is captured in a metamaterial in the transition from a non-BIC state to a BIC state, and the stored energy is released into the free space when the state is turned back to the non-BIC state. We have also revealed that a part of the energy is stored in an unexpected mode, called DC mode. In addition, we have estimated terahertz response of a fabricated metamaterial integrated with vanadium dioxide and shown that the BIC states can be semi-dynamically controlled.

Free Research Field

メタマテリアル

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

メタマテリアルと呼ばれる人工媒質の研究は、設計の自由度を広げながら進展を遂げてきたが、時間変化の自由度を付与した時変メタマテリアルの研究は近年特に注目を集めている。本研究は静的な特性が研究されていたBIC状態に時変性を付与することで、電磁波の保存と再生という応用を実現するもので、時変メタマテリアルの新たな可能性を広げたといえる。更に研究の中で、予想していなかった直流モードと呼ばれるモードが保存に関係していることが分かった。これにより、直流モードは導電率を急変化させたときに普遍的に表れる物理現象であることが明らかになり、メタマテリアルだけではなく、電磁波制御の新たな可能性を示したといえる。