共振型３次元メタマテリアルの作製と機能評価

2014 年度 実績報告書

• 研究領域: 電磁メタマテリアル
• 研究課題/領域番号: 22109006
• 研究機関: 独立行政法人理化学研究所
• 研究代表者: 田中 拓男 独立行政法人理化学研究所, 田中メタマテリアル研究室, 准主任研究員 (40283733)
• 研究分担者: 藤川 茂紀 九州大学, カーボンニュートラル・エネルギー国際研究所, 准教授 (60333332) ; 彌田 智一 東京工業大学, フロンティア研究機構, 教授 (90168534)
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: メタマテリアル / 金属ナノ構造 / プラズモン / DNAテンプレート / ブロックコポリマー / 自己組織化 / 金属マイクロコイル / 疑スプリットリング構造

研究実績の概要

田中チームは，トップダウン的手法である電子ビーム描画法と金属の残留応力を用いて金属リボンをリング状に自己組織的に加工するボトムアップ的手法を融合させた新しいメタマテリアルの加工技術を開発した．この手法を用いて，１辺４ｍｍ角の面積の中に基板から直立させたスプリットリング共振器構造を数十億個集積化した３次元メタマテリアルを加工することに成功した．試作したメタマテリアルの光学特性も評価し，中赤外域において真空よりも低い0.35という実効屈折率を示すことを実証することで，その有効性を実証した．
彌田チームは，磁性ニッケルマイクロコイルを作製し、磁場印可による面内および面外一軸配向分散シートを作製し、テラヘルツ帯域二色性のマイクロコイル配向依存性を明らかにした。また、サブマイクロスケールの規則的多孔構造をもつ珪藻を対象に部分無電解めっきと置換めっきを併用し、金属ナノホールアレイ構造を作製した。これは、同一珪藻上で孔径と配置構造が緩やかに変化するので、可視光異常透過の孔構造依存性を高速評価するコンビナトリアル顕微分光が可能と期待される。
藤川チームは，高アスペクト比を有する金ナノフィンの大面積アレイを作製し、その特異な光学応答（界面での光トラップ現象）を明らかにし、またそのトラップ光による金ナノフィン間に導入された蛍光性色素分子の蛍光発光増強という新しい現象を見出した。トラップ光波長は金ナノフィン間距離により厳密に制御可能であり、界面ナノ構造による光捕集という新しい現象を見出した。

現在までの達成度 (段落)

26年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

26年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Uniaxial-isotropic Metamaterials by Three-dimensional Split-Ring Resonators (2015)
  • 著者名/発表者名: Che-Chin Chen, Atsushi Ishikawa, Yu-Hsiang Tang, Ming-Hua Shiao, Din Ping Tsai, and Takuo Tanaka
  • 雑誌名: Advanced Optical Materials 巻: 3 ページ: 44-48
  • DOI: 10.1002/adom.201400316
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Spirulina-Templated Metal Microcoils with Controlled Helical Structures for THz Electromagnetic Responses (2014)
  • 著者名/発表者名: Kaori Kamata, Piao Zhenzi, Soichiro Suzuki, Takahiro Fujimori, Wataru Tajiri, Keiji Nagai, Tomokazu Iyoda, Atsushi Yamada, Toshiaki Hayakawa, Mitsuteru Ishiwara, Satoshi Horaguchi, Amha Belay, Takuo Tanaka, Keisuke Takano, and Masanori Hangyo
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 4 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1038/srep04919
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] プラズモニック・メタマテリアル (2015)
  • 著者名/発表者名: 田中拓男,
  • 学会等名: 日本オプトメカトロニクス協会セミナー 基礎からよく分かる「ナノ領域の光学」入門
  • 発表場所: 機会振興会館，東京
  • 年月日: 2015-02-20
  • 招待講演
• [学会発表] Three-dimensional two-photon laser fabrication for metals, polymers, and magneto-optical materials (2015)
  • 著者名/発表者名: Takuo Tanaka and Kanna Aoki
  • 学会等名: Photonics West 2015
  • 発表場所: SanFrancisco, USA
  • 年月日: 2015-02-11
  • 招待講演
• [学会発表] バイオテンプレートプロセスによるマイクロコイルの創成およびその物理特性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 鎌田香織
  • 学会等名: 高分子学会第24回光反応・電子用材料研究会講座
  • 発表場所: 東京都、東京工業大学
  • 年月日: 2015-01-29
  • 招待講演
• [学会発表] Large scale fabrication of silver and gold nanostructure array and its optical properties (2014)
  • 著者名/発表者名: Shigenori Fujikawa
  • 学会等名: The 4th Japan-Korea Metamaterials Forum
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 2014-12-23
• [学会発表] Isotropic metamaterials (2014)
  • 著者名/発表者名: Takuo Tanaka
  • 学会等名: Japan-Singapore International Workshop on Nanophotonics, Plasmonics and Metamaterials
  • 発表場所: Nanyang Technological University, Singapore
  • 年月日: 2014-12-12
  • 招待講演
• [学会発表] Optical Metamaterials (2014)
  • 著者名/発表者名: Takuo Tanaka
  • 学会等名: The 2nd RIKEN-SJTU Workshop on Energy and Environment
  • 発表場所: 理研, 和光
  • 年月日: 2014-11-18
  • 招待講演
• [学会発表] Combination of top-down and bottom-up techniques for isotropic metamterials（招待） (2014)
  • 著者名/発表者名: Takuo Tanaka
  • 学会等名: 7th International Workshop on Advanced Materials Science and Nanotechnology (IWAMSN2014)
  • 発表場所: Ha Long City, Vietnam
  • 年月日: 2014-11-05
  • 招待講演
• [学会発表] Fabrication of Gold Nanocup Array Templated by SiO2 Nanorod Array as the 2nd Templates through Liquid Crystalline Block Copolymer Thin Films. (2014)
  • 著者名/発表者名: Nanae Yamashita, Hideaki Komiyama, Keiji Nagai, Kaori Kamata, Tomokazu Iyoda
  • 学会等名: MNC2014
  • 発表場所: Fukuoka、Hilton Fukuoka
  • 年月日: 2014-11-04
• [学会発表] Electromagnetic Chiral Response of One-Handed Metallic Microcoil Fabricated by Biotemplating Process (2014)
  • 著者名/発表者名: Tomokazu Iyoda
  • 学会等名: Molecular Chirality Asia 2014
  • 発表場所: Beijing (China)
  • 年月日: 2014-10-30
  • 招待講演
• [学会発表] 高アスペクト比を有する界面ナノ構造の構築と機能化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 藤川茂紀
  • 学会等名: バイオテンプレート研究会
  • 発表場所: 東京工業大学
  • 年月日: 2014-10-09
  • 招待講演
• [学会発表] Biotemplate Technology: Fabrication Process & Structure-Specific Function of Metallic Microcoil (2014)
  • 著者名/発表者名: Kamata Kaori
  • 学会等名: 15th Chitose International Forum on Photonics Science & Technology Nanotechnology-From Synthesis to Devices
  • 発表場所: 千歳市、Chitose Institute of Science and Technology
  • 年月日: 2014-10-02
  • 招待講演
• [学会発表] Fabrication of Silica Nanorod Array and Pattern-transfer to Gold nanohole array through Liquid Crystalline Diblock Copolymer Thin Films as Templates. (2014)
  • 著者名/発表者名: Nanae Yamashita, Keiji Nagai, Tomokazu Iyoda
  • 学会等名: 第63回高分子討論会
  • 発表場所: 長崎市、長崎大学
  • 年月日: 2014-09-26
• [学会発表] バイオテンプレート法により作製した金属マイクロコイルの構造特異的機能 (2014)
  • 著者名/発表者名: 鎌田香織、朴貞子、秋本由佳、彌田智一
  • 学会等名: 第63回高分子討論会
  • 発表場所: 長崎市、長崎大学
  • 年月日: 2014-09-25
• [学会発表] 珪藻を用いたバイオテンプレートプロセスによる金属ホールアレイチップの作製 (2014)
  • 著者名/発表者名: ○鎌田香織、朴貞子、彌田智一
  • 学会等名: 第63回高分子討論会
  • 発表場所: 長崎市、長崎大学
  • 年月日: 2014-09-25
• [学会発表] メタマテリアルとものづくり (2014)
  • 著者名/発表者名: 田中拓男
  • 学会等名: モノづくり日本会議
  • 発表場所: ホテルグランドパレス@九段下東京
  • 年月日: 2014-09-19
  • 招待講演
• [学会発表] Fabrication of Isotropic Infrared Metamaterials (2014)
  • 著者名/発表者名: Takuo Tanaka and Atsushi Ishikawa
  • 学会等名: The 8th International Congress on Advanced Electromagnetic Materials in Microwaves and Optics(Metamaterials 2014)
  • 発表場所: Technical University of Denmark, Copenhagen, Denmark
  • 年月日: 2014-08-27
  • 招待講演
• [学会発表] Isotropic Infrared Metamaterials (2014)
  • 著者名/発表者名: Takuo Tanaka, Atsushi Ishikawa, Che-Chin Chen, and Din Ping Tsai
  • 学会等名: SPIE Optics&Photonics 2014
  • 発表場所: SanDiego, USA
  • 年月日: 2014-08-17
  • 招待講演
• [学会発表] バイオテンプレート法による３次元構造材料の作製と電波作用 (2014)
  • 著者名/発表者名: 鎌田香織
  • 学会等名: 電子情報通信学会テラヘルツ応用時限研究専門委員会
  • 発表場所: 沖縄市、沖縄県市町村自治会館
  • 年月日: 2014-08-07
  • 招待講演
• [学会発表] Electromagnetic Chiral Response of One-Handed Metallic Microcoil Fabricated by Biotemplating Process (2014)
  • 著者名/発表者名: 鎌田香織
  • 学会等名: 北海道大学電子科学研究所ワークショップ
  • 発表場所: 札幌市、北海道大学
  • 年月日: 2014-08-01
  • 招待講演
• [学会発表] 光メタマテリアルとその加工技術 (2014)
  • 著者名/発表者名: 田中拓男
  • 学会等名: 2014最先端実装技術シンポジウム
  • 発表場所: 東京ビックサイト
  • 年月日: 2014-06-04
  • 招待講演
• [学会発表] バイオテンプレート法による一方向巻き金属マイクロコイルの作製と電磁波応答特性 (2014)
  • 著者名/発表者名: ○鎌田香織、田尻亘、朴貞子、彌田智一
  • 学会等名: 第63回高分子学会年次大会
  • 発表場所: 名古屋市、名古屋国際会議場
  • 年月日: 2014-05-28
• [学会発表] バイオテンプレート法により作製した金属マイクロコイルの磁場配向制御 (2014)
  • 著者名/発表者名: ○鎌田香織、田尻亘、朴貞子、彌田智一
  • 学会等名: 第63回高分子学会年次大会
  • 発表場所: 名古屋市、名古屋国際会議場
  • 年月日: 2014-05-28
• [学会発表] Isotropic metamaterials (2014)
  • 著者名/発表者名: Takuo Tanaka, Che-Chin Chen, Atsushi Ishikawa, Yu-Hsiang Tang, Ming-Hua Shiao, and Din Ping Tsai
  • 学会等名: META2014
  • 発表場所: Nanyang Technological University, Singapore, Singapore
  • 年月日: 2014-05-22
  • 招待講演
• [学会発表] 等方性メタマテリアル (2014)
  • 著者名/発表者名: 田中拓男
  • 学会等名: 有機エレクトロニクス材料研究会（JOEM) 「プラズモニクス最前線」
  • 発表場所: 新宿NSビル, 新宿, 東京
  • 年月日: 2014-04-24
  • 招待講演
• [図書] 光学技術の事典 (2014)
  • 著者名/発表者名: 田中拓男
  • 総ページ数: 488(310-312)
  • 出版者: 朝倉書店
• [図書] 『光』の制御技術とその応用 事例集 (2014)
  • 著者名/発表者名: 田中拓男
  • 総ページ数: 601(221-226)
  • 出版者: 技術情報協会
• [産業財産権] 可視光吸収素子と、これを有する温度可視化装置および赤外線可視化装置 (2015)
  • 発明者名: 田中拓男
  • 権利者名: 理化学研究所
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2015-31497号
  • 出願年月日: 2015-02-20
• [産業財産権] 微小金属構造体 (2014)
  • 発明者名: 彌田智一、鎌田香織、朴貞子
  • 権利者名: 東京工業大学、旭硝子㈱
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2014-93361号
  • 出願年月日: 2014-04-30
• [産業財産権] メタマテリアルの製造方法 (2014)
  • 発明者名: 彌田智一、新史紀、山下七重、鎌田香織、北岡賢治
  • 権利者名: 東京工業大学、旭硝子㈱
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: US14/336,196
  • 出願年月日: 2014-07-21
  • 外国
• [産業財産権] 微小螺旋構造体と微小螺旋構造体を用いた電波遮蔽または吸収体 (2013)
  • 発明者名: 彌田智一、伊藤香織、山田厚
  • 権利者名: 東京工業大学、住友金属鉱山㈱
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特許第5606572号
  • 出願年月日: 2013-04-02
  • 取得年月日: 2014-09-05