2015 Fiscal Year Annual Research Report
プラズマ複合構造体の生成と超広帯域周波数分散特性による診断
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26246035
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| Research Institution | The University of Shiga Prefecture |
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Principal Investigator |
酒井 道 滋賀県立大学, 工学部, 教授 (30362445)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
新戸 浩幸 福岡大学, 工学部, 教授 (80324656)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | プラズマ / メタマテリアル / マイクロ波 / テラヘルツ／赤外材料・素子 / 微粒子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、ｍｍからμｍスケールでの粒子とその複合体を設計・作製し、電磁波に対して高機能性を持つ荷電粒子集団「メタプラズマ」としての集合体診断においてkHz帯から赤外光域にわたって周波数スペクトル取得を行っている。最終的にはマルチスケール性をもち超広帯域周波数分散スペクトルを示すメタプラズマの実現を目指している。
今年度は、昨年度導入した曲面処理可能なインクジェット装置に１ｃｍオーダーの球表面に対して２重分割リング共振器構造を作製した。２重分割リング共振器構造を表面に備えた多数の球により、透磁率の変化に起因する屈折率の虚数化に成功した。そして、プラズマと２重分割リング共振器により、プラズマ複合構造体により、高効率な２倍高調波生成を観測し、その高効率化が高電子密度性と密度勾配によるものであることを明らかにした。プラズマ複合構造体に特徴的な広帯域周波数分散現象として、テラヘルツ波領域を目指した高周波化を今後検討する。
また、数μｍオーダーの粒子に対しての帯電処理およびその集団周波数スペクトル測定を継続している。真空中での電子ビーム照射により、表面電位計による診断、有機溶媒中での泳動測定のいずれにおいても、負～正の帯電が粒子材料を変化させることで制御可能であることが確認された。そして、今年度導入した表面電位が取得可能な顕微システムにより、微粒子の表面電位測定を行ったところ、巨視的な表面電位計による診断と一致し、数10 mVの電位に対応する電荷を保持していることが明らかとなった。さらに、ナノ金属粒子によるフラクタル状構造形成による表面修飾法も確立した。また、帯電した粒子群について、有機溶媒中でkHz帯の低周波周波数特性に現れた周波数分散についての理論モデル構築を継続して行っている。このような帯電粒子集団の動的挙動をシミュレーションするため、数値計算プログラムの開発を行った。
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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
平成２７年度の研究実施計画に掲げていた、項目はすべて達成している。周波数帯としては、本研究で提唱するプラズマ複合構造体「メタプラズマ」について、すでにkHz帯およびマイクロ波帯の周波数スペクトルの取得に成功し、周波数分散性の解析とその応用性に着目した研究を加速している。
特に、昨年度に引き続き、マイクロ波帯のプラズマ複合構造体の特性として、非常に高効率な２倍高調波生成が生じるモデル提案に成功し、その機構には周波数依存はなく、広く広帯域の電磁波に適用可能であることがわかった。今後は、この現象の高周波化において、技術的に困難なミリ波やテラヘルツ波の逓倍デバイスという応用分野をにらんで、広帯域周波数分散素子としてのポテンシャルを実証したい。
また、kHz帯の特性としては、半永久的に電荷を保持可能なレクトレット性を粒子に適用できたことを示す初めての成果であり、しかも正電荷も負電荷も付与可能であることを実験的に示すことができた。すなわち、昨年度にドルーデ型類似の周波数スペクトルを得たことに続き、今年度は正電荷の付与にも成功したことで、正電荷粒子・負電荷粒子の混成体として、新たな「メタプラズマ」状態の実現にさらに一歩近づいたと言える。また、ミクロンサイズの微粒子の金属パターン修飾にも成功し、これが赤外線領域での特徴的な吸収現象を示すことから、光メタマテリアルとしての提案への道筋も示せた。
以上の成果を統合して、「メタプラズマ」というプラズマ複合構造体を実現し、これまでのプラズマ理工学の大幅な拡張性を提案するべく検討を続けている。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究計画の変更は無く、交付申請書に記載の内容を遂行する。
特に、検討内容として、プラズマ複合構造体による高調波生成に着目したい。この現象は、課題題目の超広帯域周波数分散特性の重要性を示す格好の応用ターゲットとなると考えている。
また、正負の帯電微粒子の生成が実験的に可能となったため、大きな目標として、「メタプラズマ」の固体・液体・気体類似状態の実現へ向けた検討を加速する。
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