| 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 | メタマテリアル / 光デバイス / マイクロ・ナノデバイス |
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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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| 研究成果の概要 |
テラヘルツ波の波長よりも小さなメタマテリアル単位構造がポリマー粒に内包された、粉末として供給可能なメタマテリアル粉体を開発した。メタマテリアル粉体を金型に入れ成形することにより、３次元バルクメタマテリアルを製作することに成功した。メタマテリアル単位構造として、分割リング共振器、金属―誘電体―金属積層型メタマテリアル、誘電体メタマテリアルを設計および製作し、それを用いた３次元バルクメタマテリアルを実現した。メタマテリアル単位構造は３次元的にランダムに分散配置されている。次世代移動通信システム「Beyond 5G / 6G」で期待されている周波数において、屈折率を人工的に変化させることに成功した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
3次元バルクメタマテリアルの概念を新たに提唱し、設計・製作方法を確立し、テラヘルツ領域において屈折率を人工的に制御できたことの学術的意義は大きい。また、社会的にも今回開発したメタマテリアルは固体の粉末材料として供給可能なため、金型成形や切削加工などの機械加工により、メタマテリアルを自由に加工してテラヘルツ光学素子を実現できる点が画期的である。これらの利点を活かし、Beyond5G/6G の通信技術をはじめ、医療・バイオ・農業・食品・環境・セキュリティなど幅広い分野での応用が大いに期待される。
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