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メタマテリアルにおける「重い光子」の特性測定とその基礎理論

研究課題

研究課題/領域番号 13J04927
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 応用光学・量子光工学
研究機関信州大学 (2014)
京都大学 (2013)

研究代表者

中田 陽介  信州大学, 先鋭領域融合研究群 環境・エネルギー材料科学研究所, 助教

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2015-03-31
研究課題ステータス 完了 (2014年度)
配分額 *注記
2,000千円 (直接経費: 2,000千円)
2014年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2013年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワードメタマテリアル / 双対性 / カゴメ格子 / 双対回路 / メタ表面 / 自己補対
研究実績の概要

本研究は、(1) マイクロ波領域で応答を示す金属カゴメ格子による電磁波の閉じ込め効果の検証、および、(2) 空隙の電圧・磁束を下にした回路モデルの確立の二つを目的としている。以下にそれぞれの研究に関して今年度の実績の概要を示す。
(1) メタマテリアルにおける「重い光子」の特性測定を試みた。マイクロ波用の測定器を用いた実験を行ったが、固有モードが励振できず特性を明らかにすることはできなかった。一方で、研究を推進する過程で、金属カゴメ格子の透過スペクトルに関する新たな知見を得た。金属六角格子と金属カゴメ格子のテラヘルツ透過スペクトルを測定することにより、フラットバンドを除いてバンド構造が一致するという現象を観測した。さらに、この対応が幾何学的に説明できることを新たに見い出した。このような現象の観測はいままでになされておらず、メタマテリアルにおける新たな物理現象を見い出したと言える。
(2) 「2次元金属格子に対するポジ・ネガ反転は, 回路モデルの双対回路化に対応する」という予言については前年度に解決した。さらに、ポジ・ネガ反転で不変な構造である自己補対メタ表面に関した新たな知見も前年度に明らかにした。本年度は上記研究成果に基づき、自己補対メタ表面の特異な応答をテラヘルツ領域で実験的に実現するための議論を進めた。この議論に基づき、前年度の研究成果で予言された自己補対メタ表面の周波数無依存の透過特性が観測された。これまで、メタマテリアル分野において、自己補対性のような隠された対称性がメタマテリアルの電磁応答に与える影響についての知見は存在しなかった。このため、本研究成果によって、メタマテリアル分野に自己補対性の新たな地平を生み出すことができたと言える。

現在までの達成度 (段落)

26年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

26年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2014 実績報告書
  • 2013 実績報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2015 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (9件) (うち招待講演 2件) 備考 (3件)

  • [雑誌論文] Plane-wave scattering by self-complementary metasurfaces in terms of electromagnetic duality and Babinet's principle2013

    • 著者名/発表者名
      Ybsuke Nakata, Yoshiro Urade, Toshihiro Nakanishi, and Masao Kitano
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 88 号: 20 ページ: 205138-205138

    • DOI

      10.1103/physrevb.88.205138

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Frequency-independent electromagnetic-wave scattering by self-complementary checkerboard metasurfaces2015

    • 著者名/発表者名
      Yosuke Nakata, Yoshiro Urade, Toshihrio Nakanishi, Fumiaki Miyamaru, Mitsuo W. Takeda, Masao Kitano
    • 学会等名
      IEEE MTT-S International Microwave Workshop Series on Advanced Materials and Processes for RF and THz Applications
    • 発表場所
      Suzhou (China)
    • 年月日
      2015-07-01 – 2015-07-03
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 自己補対構造の周波数無依存の電磁波散乱特性2015

    • 著者名/発表者名
      中田陽介
    • 学会等名
      量子と古典の物理と幾何学
    • 発表場所
      名古屋大学, 名古屋
    • 年月日
      2015-04-24 – 2015-04-25
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Demonstrating broadband response of self-complementary metasurfaces with resonant structures2015

    • 著者名/発表者名
      Yoshiro Urade, Yosuke Nakata, Toshihiro Nakanishi, and Masao Kitano
    • 学会等名
      International Symposium on Photonics and Electronics Science and Engineering 2015
    • 発表場所
      Kyoto University, Kyoto
    • 年月日
      2015-03-09
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Experimental Study on Frequency-independent Response of Self-complementary Metasurfaces in Terahertz Regime2014

    • 著者名/発表者名
      Yoshiro Urade, Yosuke Nakata, Toshihiro Nakanishi, and Masao Kitano
    • 学会等名
      Metamaterials’ 2014
    • 発表場所
      Lyngby (Denmark)
    • 年月日
      2014-08-25 – 2014-08-28
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Self-complementary Metasurface Loaded with ELC resonators2014

    • 著者名/発表者名
      Yoshiro Urade, Yosuke Nakata, Toshihiro Nakanishi, and Masao Kitano
    • 学会等名
      International Symposium on Frontier of Terahertz Science
    • 発表場所
      The Okinawa Institute of Science and Technology, Okinawa
    • 年月日
      2014-08-04 – 2014-08-06
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 入れ子型補対メタ表面における多モード干渉2013

    • 著者名/発表者名
      浦出芳郎, 中田陽介, 和田康祐, 中西俊博, 北野正雄
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      徳島大学常三島キャンパス(徳島市南常三島町)
    • 年月日
      2013-09-27
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Electromagnetic Response of Self-complementary Metasurfaces2013

    • 著者名/発表者名
      Yosuke Nakata, Yoshiro Urade, Toshihiro Nakanishi, and Masao Kitano
    • 学会等名
      PIERS 2013
    • 発表場所
      Scandic Victoria Tower Hotel (Stockholm, Sweeden)
    • 年月日
      2013-08-13
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Classification of self-dual metasurfaces2013

    • 著者名/発表者名
      Yosuke Nakata, Yoshiro Urade, Toshihiro Nakanishi, and Masao Kitano
    • 学会等名
      The 3rd Korea-Japan Metamaterials Forum
    • 発表場所
      EiTi Convention Hall, Ewha-SK Telecom Center, Ewha Womans University (Seoul, Korea)
    • 年月日
      2013-06-27
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Metamaterial analogue of self-dual electrical circuit2013

    • 著者名/発表者名
      Yoshiro Urade, Ybsuke Nakata, Toshihiro Nakanishi, and Masao Kitano
    • 学会等名
      The 3rd Korea-Japan Metamaterials Forum
    • 発表場所
      EiTi Convention Hall, Ewha-SK Telecom Center, Ewha Womans University (Seoul, Korea)
    • 年月日
      2013-06-27
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [備考] インクジェットプリンタと導電性インクで作る自己双対抵抗膜

    • URL

      http://www-lab15.kuee.kyoto-u.ac.jp/index.php?id=31

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://www-lab15.kuee.kyoto-u.ac.jp/index.phP?id=25

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://www-lab15.kuee.kyoto-u.ac.jp/index.php?id=26

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書

URL: 

公開日: 2014-01-29   更新日: 2024-03-26  

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