2023 Fiscal Year Annual Research Report

テラヘルツ波帯・赤外領域の電磁波制御に向けた磁性制御メタ材料の学理構築

Research Project

Project/Area Number	22KJ1233
Allocation Type	Multi-year Fund
Research Institution	Tokyo University of Agriculture and Technology
Principal Investigator	朝田晴美東京農工大学, 大学院工学府, 特別研究員(DC1)
Project Period (FY)	2023-03-08 – 2024-03-31
Keywords	メタサーフェス / 赤外域 / テラヘルツ波帯
Outline of Annual Research Achievements	メタサーフェスは波長よりも小さな周期構造からなる人工構造材料である。誘電性と磁性の両方を制御したメタサーフェスは、高屈折率でありながら反射を抑えた特性を実現できる。高屈折率・低反射なメタサーフェスは、薄型で平面状の構造でありながらコリメート機能や光渦変換機能を有する光学コンポーネント(メタレンズ)へ応用できる。赤外域で誘電性と磁性の両方を制御したメタサーフェスを実現できれば、赤外域で動作するメタレンズへの応用や、さらなる機能の創出にも貢献できる可能性がある。本研究では、赤外域で誘電性と磁性の両方を制御した高屈折率・低反射なメタサーフェスの実現を目指した。 3年目は、50THz帯メタサーフェス吸収体の比誘電率と比透磁率の実験評価を進め、国際会議とジャーナル論文での発表を進めた。メタサーフェス吸収体は、厚さ100nmの極薄のSiNxメンブレンの表面に1200nm角の正方形Auパッチを周期的に配置し、裏面に薄いAu膜を設けた構造である。メタサーフェス吸収体の電子ビーム露光による作製とフーリエ変換赤外分光法による動作実証は昨年度までに完了してある。さらに昨年度構築した、クラマース・クローニッヒの関係式を用いたメタサーフェスの光学特性の導出法を適用することで、メタサーフェス吸収体の比誘電率と比透磁率の両方の実験評価を行った。メタサーフェス吸収体の作製、動作実証はIRMMW-2023で発表した。メタサーフェス吸収体の作製、動作実証、比誘電率と比透磁率の実験評価はジャーナル論文誌Optics Lettersで報告した。本研究を通して、50THz帯高屈折率・低反射なメタサーフェスと50THz帯メタサーフェス吸収体を実現した。赤外域で誘電性と磁性の両方を制御したメタサーフェスの実現のため、電子ビーム露光による作製法と、クラマース・クローニッヒの関係式を用いた光学特性の導出法の構築を進めた。