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2011 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  理化学研究所, 播磨研究所, 特別研究員 (40462692)
大野 誠吾  東北大学, 大学院・理学研究科, 助教 (70435634)
中山 和之  東北大学, 高等教育開発推進センター, 助教 (80602721)
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

大野は本計画研究の主要装置である多層膜製膜用のスパッタ装置について、高品質の酸化物の積層ができるように酸素を導入できるよう改良した。また多層膜の自動積層が行えるよう、印加電圧とシャッターの開閉を外部制御できるように改造した。中山は発光メタマテリアルの解析を行うための準備を行った。石原は可視光領域のメタマテリアルの有効構成パラメタを決定するためのMZ干渉計データを効率よく解析するためのアルゴリズムを開発した。石原、大野らは計画研究(イ)の萩行グループと共にTHz領域の光伝導アンテナの発生する偏光状態を実験的に検証し、表面伝搬モードが重要な役割を果たすことを示した。
西村は周期多重極法,随伴変数法と非線型計画法を組み合わせて,最大のFOMを有する二重漁網構造を決定する最適設計問題を取り扱った。最適形状のFOMは,著名な先行研究の値(0.5)の倍以上となった。メタマテリアルに期待される可能性の一つとして、誘電率と透磁率の独立した制御が挙げられ、電子系トポロジカル絶縁体と同様の状態を実現できる可能性がある。しかし、現時点でそのような電磁モードに対する解析手法は確立しておらず、実空間におけるヘリカル・エッジモードの特性解析によりヒントが得られるものと考えられる。本年度はそのため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。
冨田はタバコモザイクウイルスと金ナノ粒子の複合体をカイラルメタマテリアルとみなして、円2色性の測定を行った。これに対し澤田はカイラル・非カイラル物質によるメタマテリアルの光学活性について理論モデルを作り解析を行った。カイラル物質のみの場合と比べて,非カイラル物質を加えた場合に光学活性が増強されることがわかり、実験結果を説明することができた。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

計画研究班代表の研究室が被災地で、復旧復興に時間を要した。そのため、初めて班会議を行ったのが2012年2月までずれこみ、研究計画についての議論も遅れてしまった。

今後の研究の推進方策

計画班のメンバーの間の意見交換はこれまで以上に積極的に行うべきである。昨年度は1度だけであったが、今年度は少なくとも2度は計画班会議を行い、顔を合わせてじっくり議論する機会を設けたい。領域内の他の研究者が作成した試料の提供を受け、MZ干渉計で測定を行い、昨年度開発したプログラムを利用して、有効構成パラメタを系統的に評価し、種々のメタマテリアルの開発を推進したい。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2012 2011 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (12件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Calculation of shape derivatives with periodic fast multipole method with application to shape optimization of metamaterials2012

    • 著者名/発表者名
      W.Wang, N.Nishimura
    • 雑誌名

      Progress In Electromagnetics Research

      巻: 127 ページ: 49-64

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 時間・空間反転対称性の破れたメタマテリアルの物理2011

    • 著者名/発表者名
      澤田桂
    • 雑誌名

      Bulletin of Topical Symposium of the Magnetics Society of Japan

      巻: 180 ページ: 7-12

    • 査読あり
  • [学会発表] メタマテリアルを用いた輻射場制御2012

    • 著者名/発表者名
      中山和之, 森竹勇斗, 石原照也
    • 学会等名
      日本物理学会年会
    • 発表場所
      関西学院大学
    • 年月日
      2012-03-24
  • [学会発表] メタマテリアルの形状最適化2012

    • 著者名/発表者名
      西村直志
    • 学会等名
      ワークショップ「連続体力学の現象と数理II」
    • 発表場所
      九州大学
    • 年月日
      2012-02-21
  • [学会発表] 周期多重極法によるメタマテリアルのシミュレーション2012

    • 著者名/発表者名
      西村直志
    • 学会等名
      応用物理学会シンポジウム
    • 発表場所
      早稲田大学
    • 年月日
      2012-02-21
  • [学会発表] THz光発生にむけた非対称非線形メタマテリアル2012

    • 著者名/発表者名
      大野誠吾, 黒澤裕之, 周防裕政, 新宮正彦, 南出泰亜, 石原照也
    • 学会等名
      レーザ学会学術講演会第32回年次大会
    • 発表場所
      仙台(招待講演)
    • 年月日
      2012-01-31
  • [学会発表] Berry Phase to dynamical theory-Theory to practical photon handling2012

    • 著者名/発表者名
      Kei Sawada
    • 学会等名
      Three-way Meeting 2012 and Associated Optics Workshop
    • 発表場所
      ESRF, Grenoble, France
    • 年月日
      2012-01-30
  • [学会発表] 時間・空間反転対称性の破れたメタマテリアルの物理2011

    • 著者名/発表者名
      澤田桂
    • 学会等名
      日本磁気学会第180回研究会
    • 発表場所
      中央大学駿河台記念館
    • 年月日
      2011-10-21
  • [学会発表] 〓形光伝導アンテナからのテラヘルツ放射2011

    • 著者名/発表者名
      周防裕政, 高野恵介, 大野誠吾, 石原照也, 萩行正憲
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会
    • 発表場所
      富山大学
    • 年月日
      2011-09-24
  • [学会発表] Berry-phase effects on x-ray dynamical scattering2011

    • 著者名/発表者名
      Kei Sawada
    • 学会等名
      The 4th Workshop on FEL Science
    • 発表場所
      Peppers Beach Club, Cairns, Australia
    • 年月日
      2011-09-01
  • [学会発表] Longitudinal and Transverse Photo-Induced Voltage in Metallic Photonic Crystal Slabs2011

    • 著者名/発表者名
      T.Ishihara, H.Kurosawa, T.Hatano, Y.Kurami, N.Nishimura
    • 学会等名
      Japan-Korea Metamaterial Forum, Seoul
    • 発表場所
      Ewha Womans University, Seoul, Korea(invited)
    • 年月日
      2011-07-08
  • [学会発表] Optical rectification in dielectrically modulated metallic thin film2011

    • 著者名/発表者名
      H.Kurosawa, S.Ohno, T.Ishihara
    • 学会等名
      Japan-Korea Metamaterial Forum, Seoul
    • 発表場所
      Ewha Womans University, Seoul, Korea
    • 年月日
      2011-07-08
  • [学会発表] Maskless exposure system toward fabrication of THz metamaterials2011

    • 著者名/発表者名
      Seigo Ohno, Tomoaki Ida, Masahiko Shingu, Hiroyuki Kurosawa, Hiroaki Minamide, Teruya Ishihara
    • 学会等名
      1st Korea-Japan Metamaterials Forum 2011
    • 発表場所
      Ewha Womans University, Seoul, Korea(invited)
    • 年月日
      2011-07-07
  • [学会発表] Optical rectification in plasmonic crystals2011

    • 著者名/発表者名
      T.Hatano, H.Kurosawa, T.Ishihara, Y.Kurami, N.Nishimura
    • 学会等名
      Surface Plasmon Photonics 5
    • 発表場所
      BEXCO, Busan, Korea(invited)
    • 年月日
      2011-05-09
  • [備考]

    • URL

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

URL: 

公開日: 2013-06-26  

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