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細線状プラズマと金属線の多重らせん構造による3次元動的メタマテリアルの創出

Research Project

Project/Area Number 19654089
Research Category

Grant-in-Aid for Exploratory Research

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Plasma science
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

酒井 道  Kyoto University, 工学研究科, 准教授 (30362445)

Project Period (FY) 2007 – 2008
Project Status Completed (Fiscal Year 2008)
Budget Amount *help
¥3,300,000 (Direct Cost: ¥3,300,000)
Fiscal Year 2008: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2007: ¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000)
Keywordsメタマテリアル / プラズマ / らせん構造 / 負の屈折率 / 多重らせん / 左手系媒質 / 動的媒質
Research Abstract

金属の2重らせん構造内にプラズマを生成することで、そこを伝搬するマイクロ波の透過波の観測と屈折率の測定を行い、プラズマ生成が無いときに透過率が減少する周波数帯でプラズマ生成により透過率が回復し、かつ同じ周波数帯で屈折率が負となっていることを確認した。
より具体的には、プラズマと金属の2重らせん構造はマイクロ波のコプラナー線路上面に設置する形で検証を行った。プラズマを負の誘電体として働かせるため、その生成方法を制御することで、10-20GHzの周波帯にプラズマ周波数となる状態を確認した。また、金属の2重らせん構造のLC共振現象が生じる周波数が20GHzまでにほぼ等周波数間隔で3-4個存在することを確認し、そのLC共振周波数のすぐ上側の周波数帯で透磁率が負と推定されることを理論計算により確認した。そして、実際にマイクロ波を伝搬させ、透過率を測定したところ、プラズマの誘電率が負で、金属の2重らせん構造の透磁率が負と予想される周波数帯でのみ、透過率の増加が観測された。もともとプラズマが無いときは透過率が減少しているものが、プラズマが生成されることで回復したとみなされる。このとき、実際に屈折率がどのようになっているかを、ミキサー等を組み合わせた位相検出系を組み立て、測定した。すると、位相の変化が顕著に現れ、その解析より-10以上の有意な大きさで屈折率が負となっていることが確認できた。
以上の検討により、プラズマと金属の多重らせん構造を合わせることで、負の屈折率構造の実現に成功した。これは、メタマテリアルとして、世界で初めての成果となった。

Report

(2 results)
  • 2008 Annual Research Report
  • 2007 Annual Research Report
  • Research Products

    (4 results)

All 2009 2008 2007

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (1 results)

  • [Journal Article] Microplasma array serving as photonic crystals and plasmon chains2009

    • Author(s)
      O. Sakai, T. Naito, K. Tachibana
    • Journal Title

      Plasma and Fusion Research 4

    • NAID

      130000168737

    • Related Report
      2008 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Microplasma-induced deformation of an anomalous response spectrum of electromagnetic waves propagating along periodically perforated metal plates2009

    • Author(s)
      D. -S Lee, O. Sakai, K. Tachibana
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics 48

    • NAID

      40016627175

    • Related Report
      2008 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Characteristics of metamaterials composed of microplasmaarrays2007

    • Author(s)
      O. Sakai, T. Sakaguchi, T. Naito, D. -S Lee and K. Tachibana,
    • Journal Title

      Plasma Physics and Controlled Fusion 49

    • Related Report
      2007 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Design and verification of metamaterials composed of microplasmas2008

    • Author(s)
      O. Sakai, T. Shimomura, D. -S. Lee, K. Tachibana
    • Organizer
      Metamaterials'2008
    • Place of Presentation
      Pamplona, Spain
    • Year and Date
      2008-09-27
    • Related Report
      2008 Annual Research Report

URL: 

Published: 2007-04-01   Modified: 2016-04-21  

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