| 研究課題/領域番号 |
21H04552
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
中区分21:電気電子工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
鈴木 左文 東京工業大学, 工学院, 准教授 (40550471)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-05 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
42,900千円 (直接経費: 33,000千円、間接経費: 9,900千円)
2023年度: 7,670千円 (直接経費: 5,900千円、間接経費: 1,770千円)
2022年度: 12,610千円 (直接経費: 9,700千円、間接経費: 2,910千円)
2021年度: 22,620千円 (直接経費: 17,400千円、間接経費: 5,220千円)
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| キーワード | メタマテリアル / 共鳴トンネルダイオード / テラヘルツ |
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| 研究開始時の研究の概要 |
電磁波から見て電子デバイスは点であり、相互の結合には導体でできた導波路・アンテナ等を使わなければならない。特にテラヘルツ帯の高周波では導体損失が大きく、電子デバイスの高周波動作極限をリミットする主な要因の一つとなっている。そこで本研究では、LC共振させず単純に点デバイスを面デバイスに拡張する手法としてメタマテリアル技術を利用した非共振メタ表面のアイデアを元に、これに共鳴トンネルダイオードを集積することで負性導電メタ表面を実現する。さらに、この新たなメタ表面を分布ブラッグ反射器やアイソレーターと組み合わせることで、テラヘルツのレーザー型デバイスや一方向性増幅器の実現を目指す。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、共鳴トンネルダイオード（RTD）を用いた新たなテラヘルツ帯アクティブメタマテリアルを提案し、抵抗により非発振化したデバイスから200 GHz付近を中心として100 GHの広帯域な増幅特性を得ることに成功した。また、メタ原子同士を抵抗で結合した2次元アレイのデバイスでは500 GHzにおいてコヒーレントな出力合成動作が得られることを実験的に明らかにした。さらに、RTDアクティブメタマテリアルと外部誘電体導波路と結合させた場合、新たな動作として広帯域なコム状のスペクトルが発生することも明らかにした。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究により、共鳴トンネルダイオード（RTD）というテラヘルツ帯電磁波から見ると微小なデバイスについて、それをメタマテリアル化することで、平面型のデバイスに拡張することに成功し、電磁波と直接相互作用ができる形態にできることを明らかにした。これにより、電磁波の直接増幅やコヒーレント結合による面発光レーザーのような動作が得られ、さらに、広帯域のコム状スペクトルなど興味深い新たな動作も得られ、従来の電子デバイスの動作を超える動作を引き出すことに成功した。また、コヒーレント動作により得られたミリワット出力は、動作周波数においてレコード出力であり、テラヘルツ応用実用化へのカギとなり得るものである。
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