| 研究課題/領域番号 |
21H04659
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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30:応用物理工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
金森 義明 東北大学, 工学研究科, 教授 (10333858)
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| 研究分担者 |
松原 正和 東北大学, 理学研究科, 准教授 (50450648)
岡谷 泰佑 東北大学, 工学研究科, 助教 (80881854)
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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 |
43,680千円 (直接経費: 33,600千円、間接経費: 10,080千円)
2023年度: 7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円)
2022年度: 6,890千円 (直接経費: 5,300千円、間接経費: 1,590千円)
2021年度: 29,510千円 (直接経費: 22,700千円、間接経費: 6,810千円)
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| キーワード | 光デバイス / マイクロ・ナノデバイス / メタマテリアル |
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| 研究開始時の研究の概要 |
テラヘルツ領域では光学素子に利用可能な材料が乏しく、加工容易かつ幅広い屈折率特性を有する新規材料が求められている。本研究では、自由な形状に形成可能かつ任意の屈折率特性を有するテラヘルツ光学素子の実現を目指す。
本研究は、シミュレーションを用いたメタマテリアル単位構造の設計、メタマテリアル単位構造の製作・評価、3次元バルクメタマテリアルの製作・評価、3次元バルクメタマテリアルを用いた光学素子の設計・製作・評価、メタマテリアル単位構造の有効媒質近似モデル構築等に分けて進める。
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| 研究実績の概要 |
テラヘルツ領域では光学素子に利用可能な材料が乏しく、加工容易かつ幅広い屈折率特性を有する新規材料が求められている。本研究では、自由な形状に形成可能かつ任意の屈折率特性を有するテラヘルツ光学素子の実現を目指し、メタアトムと呼ばれる光共振器を内包した粉末状の新たな光学材料の加工・形成手法を確立する。樹脂製粉末の中に波長（数十～数百μm）よりも小さな金属製光共振器を埋め込むと、粉末全体としての実効的な屈折率は樹脂と光共振器の特性の掛け合わせとなる。誘電率・透磁率特性の異なる粉末状光学材料を液状樹脂に攪拌し、型を用いて凝固させることで、任意形状かつ光共振器の設計に応じた屈折率特性を持つ光学物質（三次元バルクメタマテリアル）が形成される。
本年度は、積層構造を内包する三次元バルクメタマテリアルを設計、製作および評価した。シクロオレフィンポリマー（Cyclo Olefin Polymer: COP）フィルム同士の接着に紫外線硬化樹脂を用いることで、COPフィルム同士の接着強度が向上し、強固なメタマテリアル粒の開発に成功した。製作したメタマテリアルシートは、メタアトムを製作誤差1%以内で精度よく製作することができた。成型時にメタマテリアル粒とCOP粒を混合することで、その混合比を制御し、メタマテリアルの体積占有率を減少させた三次元メタマテリアルブロックを製作することにも成功した。また、メタマテリアル粒の厚みを減少させることにより、三次元メタマテリアルブロック内部のメタマテリアル粒の密度を向上させることに成功した。THz-TDS法を用いて、製作した三次元メタマテリアルブロックの光学測定を行った。メタマテリアルの体積占有率を大きくすることで、大きな屈折率変調度|ΔN/ΔF|=2.31（Nは屈折率、Fは周波数）を達成した。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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