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2010 年度 実績報告書

周期構造を利用した光メタマテリアルの作製と物理

計画研究

研究領域電磁メタマテリアル
研究課題/領域番号 22109005
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

研究機関東北大学

研究代表者

石原 照也  東北大学, 大学院・理学研究科, 教授 (60168250)

研究分担者 西村 直志  京都大学, 大学院・情報学研究科, 教授 (90127118)
冨田 知志  奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 助教 (90360594)
小野田 勝  秋田大学, 大学院・工学資源学研究科, 准教授 (80425727)
澤田 桂  独立行政法人理化学研究所, X線自由電子レーザー計画推進本部, 研究員 (40462692)
大野 誠吾  東北大学, 大学院・理学研究科, 助教 (70435634)
キーワードメタマテリアル / 微細加工 / 光物性 / 数値計算 / プラズモニクス / 光磁性 / 光整流 / 負の屈折率
研究概要

初年度は計画研究の準備を行った。周期構造の折り返しを利用した負の届折率の実現を検討した。周期多重極法を用いたダブルフィッシュネット構造の最適化の為の基礎研究として、遠方場係数の関数の形状感度を随伴変数を用いて求め、これと非線形計画法によって、簡単な周期構造のストップバンドの位置を移動させる形状決定問題を解くことができた。また、周期多重極法の計算効率の更なる向上のために、Maxwell方程式のCalderon前処理法について研究し、小規模な非周期問題において収束性の向上を確認した。周期的な金属・絶縁体多届膜が実効的な異方性誘電率をもつ媒質(異方性メタマテリアル)として扱えるかどうかを、分光エリプソメトリーを用いて実験的に調べた。周期的な磁姓体ナノ構造で構成される磁性メタマテリアルでの、磁化のダイナミクスを解析的・数値的に調べ、ダンピングのメカニズムを明らかにした。比誘電率と比透磁率が同程度のメタマテリアルでは電子系量子スピンHall状態と固様の状態を実現できる可能性がある。ヘリカル・エッジモードの探索の準備として大規模実空間シミュレーションのための計算機環境の構築を行った。金属の人工周期構造中のプラズモンに対するベリー曲率の効果について考察した。この人工構造に歪みを入れると、プラズモンの分散のギャップ近傍において、ベリー曲率の影響によってプラズモンの軌道を曲げられることがわかった。光起電力の発生機構に基づいた差周波発生について非対称メタマテリアルに対して数値的な検討を試みた。その結果、薄膜試料に対して大きな非線形感受率を持ちうることがわかった。テラヘルツ帯のメタマテリアル作成手法としてプロジェクターを改造したマスクレス露光技術を用いる方法を開発し、1ピクセル=8μmの構造が作成可能となった。今後、2次元平面上に構造を敷き詰める手段として有用である。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2011 2010 2009 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (7件) 備考 (2件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Berry-Phase Translation of X rays by a Deformed Crystal2010

    • 著者名/発表者名
      Y.Kohmura, K.Sawada, T.Ishikawa
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 104 ページ: 244801-1-244801-4

    • 査読あり
  • [学会発表] マスクレス露光技術を用いたTHzメタマテリアルの作製II2011

    • 著者名/発表者名
      井田知章, 大野誠吾, 新宮正彦, 黒澤裕之, 南出泰亜, 伊藤弘昌, 石原照也
    • 学会等名
      日本物理学会第66回年次大会講
    • 発表場所
      新潟大学
    • 年月日
      2011-03-25
  • [学会発表] 周期構造を利用した光メタマテリアルの作製と物理2011

    • 著者名/発表者名
      石原照也
    • 学会等名
      応用物理学会2011年春季講演会
    • 発表場所
      神奈川大学(招待講演)
    • 年月日
      2011-03-24
  • [学会発表] Enhanced translation of x-rays by a Berry-phase effect2011

    • 著者名/発表者名
      Kei Sawada
    • 学会等名
      The 41^<st> Winter Colloquium on the PHYSICS of QUANTUM ELECTRONICS
    • 発表場所
      Snowbird, Utah, USA
    • 年月日
      2011-01-04
  • [学会発表] 金属誘電体メタマテリアルにおける非線形光学効果2010

    • 著者名/発表者名
      大野誠吾, 井田知章, 黒澤裕之, 南出泰亜, 伊藤弘昌, 石原照也
    • 学会等名
      第21回光物性研究会
    • 発表場所
      大阪府立大学
    • 年月日
      20101210-20101211
  • [学会発表] Berry-phase theoiy of x-ray dynamical diffraction2010

    • 著者名/発表者名
      Kei Sawada
    • 学会等名
      The 3^<rd> Workshop on FEL Science
    • 発表場所
      Hokkaido
    • 年月日
      2010-10-06
  • [学会発表] Optical rectification effect at normal incidence in asymmetric metamaterial2010

    • 著者名/発表者名
      H.Kurosawa, T.Hatano, N.Ikeda, D.Tsuya, M.Ochiai, Y.Sugimoto, T.Ishihara
    • 学会等名
      Metamaterials2010
    • 発表場所
      Karlsruhe, Germany
    • 年月日
      2010-09-16
  • [学会発表] Permeability Enhancement of Stratified Metal-Dielectric Metamaterials in optical Regime2009

    • 著者名/発表者名
      Aunuddin S, Vioktalamo, Seigo Ohno, Ryosuke Watanabe, Teruya Ishihara
    • 学会等名
      International Conference on Photonic and Electromagnetic Crystal Structures (PECS) IX
    • 発表場所
      Granada, Spain
    • 年月日
      2009-09-28
  • [備考] 東北大学光物性物理研究室

    • URL

      http://sspp.phys.tohoku.ac.jp/

  • [備考] 新学術領域「電磁メタマテリアル」

    • URL

      http://www.metamaterials.jp/shingakujutsu/

  • [産業財産権] 実用新案登録2010

    • 発明者名
      羅先剛、石原照也
    • 権利者名
      理化学研究所
    • 産業財産権番号
      特許第4572406号
    • 取得年月日
      2010-08-27

URL: 

公開日: 2013-06-26  

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