Creation of innovative terahertz optical elements developed by 3D bulk metamaterials

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H04659
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 30:Applied physics and engineering and related fields
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Kanamori Yoshiaki 東北大学, 工学研究科, 教授 (10333858)
• 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)
• Project Period (FY): 2021-04-05 – 2024-03-31
• Keywords: メタマテリアル / 光デバイス / マイクロ・ナノデバイス

Outline of Final Research Achievements

We have developed a metamaterial grain that can be supplied as a grain and has a metamaterial unit structure smaller than the wavelength of terahertz waves encapsulated in polymer grains. By placing metamaterial grains in a mold and molding them, we succeeded in fabricating a three-dimensional bulk metamaterial. We designed and fabricated split ring resonators, metal-dielectric-metal stacked metamaterials, and dielectric metamaterials as metamaterial unit structures, and realized three-dimensional bulk metamaterials using them. The metamaterial unit structures are randomly distributed in three dimensions. We succeeded in artificially changing the refractive index at frequencies expected for the next-generation mobile communication system "Beyond 5G / 6G."

Free Research Field

微小光工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

3次元バルクメタマテリアルの概念を新たに提唱し、設計・製作方法を確立し、テラヘルツ領域において屈折率を人工的に制御できたことの学術的意義は大きい。また、社会的にも今回開発したメタマテリアルは固体の粉末材料として供給可能なため、金型成形や切削加工などの機械加工により、メタマテリアルを自由に加工してテラヘルツ光学素子を実現できる点が画期的である。これらの利点を活かし、Beyond5G/6G の通信技術をはじめ、医療・バイオ・農業・食品・環境・セキュリティなど幅広い分野での応用が大いに期待される。