2023 Fiscal Year Annual Research Report
3次元バルクメタマテリアルが拓く極限屈折率材料と革新的テラヘルツ光学素子の創成
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21H04659
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
金森 義明 東北大学, 工学研究科, 教授 (10333858)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松原 正和 東北大学, 理学研究科, 准教授 (50450648)
岡谷 泰佑 東北大学, 工学研究科, 助教 (80881854)
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| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2024-03-31
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| Keywords | 光デバイス / マイクロ・ナノデバイス / メタマテリアル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
テラヘルツ領域では光学素子に利用可能な材料が乏しく、加工容易かつ幅広い屈折率特性を有する新規材料が求められている。本研究では、自由な形状に形成可能かつ任意の屈折率特性を有するテラヘルツ光学素子の実現を目指し、メタアトムと呼ばれる光共振器を内包した粉末状の新たな光学材料の加工・形成手法を確立する。樹脂製粉末の中に波長（数十～数百μm）よりも小さな金属製光共振器を埋め込むと、粉末全体としての実効的な屈折率は樹脂と光共振器の特性の掛け合わせとなる。誘電率・透磁率特性の異なる粉末状光学材料を液状樹脂に攪拌し、型を用いて凝固させることで、任意形状かつ光共振器の設計に応じた屈折率特性を持つ光学物質（三次元バルクメタマテリアル）が形成される。
本年度は、積層構造を内包する三次元バルクメタマテリアルを設計、製作および評価した。シクロオレフィンポリマー（Cyclo Olefin Polymer: COP）フィルム同士の接着に紫外線硬化樹脂を用いることで、COPフィルム同士の接着強度が向上し、強固なメタマテリアル粒の開発に成功した。製作したメタマテリアルシートは、メタアトムを製作誤差1%以内で精度よく製作することができた。成型時にメタマテリアル粒とCOP粒を混合することで、その混合比を制御し、メタマテリアルの体積占有率を減少させた三次元メタマテリアルブロックを製作することにも成功した。また、メタマテリアル粒の厚みを減少させることにより、三次元メタマテリアルブロック内部のメタマテリアル粒の密度を向上させることに成功した。THz-TDS法を用いて、製作した三次元メタマテリアルブロックの光学測定を行った。メタマテリアルの体積占有率を大きくすることで、大きな屈折率変調度|ΔN/ΔF|=2.31（Nは屈折率、Fは周波数）を達成した。
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| Research Progress Status |
令和5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5年度が最終年度であるため、記入しない。
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