| 研究課題/領域番号 |
25246030
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
O・B Wright 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90281790)
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| 研究分担者 |
松田 理 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30239024)
友田 基信 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (30344485)
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| 研究期間 (年度) |
2013-10-21 – 2016-03-31
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| キーワード | レーザー / ピコ秒 / 超音波 / 超高速 / ナノ構造 / メタマテリアル / フォノン / イメージング |
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| 研究実績の概要 |
平成26年度は以下の研究を行った。1) 曲げ波メタマテリアル: 曲げ波に対して負の質量および負の体積弾性率を持つ音響メタマテリアルを実現するために、質量要素および回転要素を付加した板構造を提案した。(New. J. Phys. 16, 123053, 2014) 2) GHz帯異常音響透過: 表面音響波の異常透過現象(EAT)を発生させるために、共振器を含む構造を設計し、0.1-1GHz周波数領域でのシミュレーションを行い、EATが発生することを確認した。この結果は論文投稿準備中である。また100GHzバルク波のEATのシミュレーションも行い、EATを確認した。3) スプリットリング(一部が欠けた環)ナノ共振器: スプリットリング共振器(SRR)の超高速変調に向けて、試料評価と数値シミュレーション研究を継続した。試料の光スペクトルに現れるピークの起源を検討中である。4) 微小球メタマテリアル: 直径1ミクロンの微小球を配列した負質量密度を持つメタマテリアルの表面波イメージングを行い、バンドギャップの存在を確認した。5) 音響メタ原子: 音響メタ結uｴ子を通過する音響波の時空間イメージの研究を完成させた。Sci. Rep. 4, 4634, 2014) 6) 任意周波数イメージング: 周期光源を用いるポンププローブ法において任意周波数の応答を励起検出する新しい測定方法を開発した。これを既存の時間分解表面波イメージング装置に組み込み、任意周波数の表面音響波をイメージングすることに成功した。(IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control 62, 584, 2015) この手法はメタマテリアル等の構造中を伝播する音響波のイメージングに極めて有効である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
研究プロジェクトは概ね計画通りに進捗している。我々はスーパーレンズ実現のための負質量密度と負体積弾性率を併せ持つ二次元メタマテリアルの作製には着手していないが、これ以外についてはプロジェクトはスケジュールどおり進行している。具体的には以下の状況である。負屈折、サブ波長収束、エバネッセント波増幅: 曲げ波メタマテリアルを設計し、試料を実際に作製する前段階の数値シミュレーションを行っている。GHz異常透過、メタマテリアル共振器、遠サブ波長収束: 表面波についての数値シミュレーションを完了し、試料の作製に取りかかっている。バルク縦波についての数値シミュレーションは現在進行中である。スプリットリング共振器: ナノスケール金スプリットリングを用いた実験を進めている。現在、得られたスペクトルが完全に同定されておらず、研究を進めるにあたってこの同定を急いでいる。
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| 今後の研究の推進方策 |
GHz音響メタマテリアルの設計と評価を継続する。特に以下の点に着目する。a) 曲げ波メタマテリアル: Siメンブレンをナノ構造や切削で修飾することにより、この試料の曲げ波に対して負の有効質量密度および負の体積弾性率を持たせる。商用の有限要素法プログラムPZflexを用いて質量密度と体積弾性率の周波数依存性を調べ、試料を設計する。この設計に基づき実際に試料を作製し実験を行う。b) 微小球メタマテリアル: 直径1ミクロンの微小球配列に基づく負質量密度メタマテリアルの表面音響波イメージングを進める。上記の周波数制御技術を用いて周波数分解能10MHzで試料の分散関係を測定する。c) 異常音響透過(EAT): 1-100 GHz周波数領域での表面波とバルク波の音響異常透過を実現する。実際に試料を作製し異常透過を実験的に確かめる。縦波異常透過を利用して100 GHz領域で100 nmのスポットに音響波を収束させることを目指す。d) スーパーレンズと負質量・負弾性率メタマテリアル: 表面音響波イメージングにより二重負性物質の質量密度、体積弾性率の周波数依存性を調べる。有限w)要素法シミュレーションに基づき平板スーパーレンズを設計する。e) スプリットリング共振器: 金スプリットリング試料の実験を継続する。スプリットリング試料の形状・大きさを検討することにより、GHz音響波による光変調の効率を高める。電磁的、音響的シミュレーションは既に始めている。試料の作製には電子ビームリソグラフィ、収束イオンビーム、ドライおよびウェットエッチングを用いる。オーストラリア、メルボルンのスウィンブルン大学のS. Juodkadis教授よりSOI(誘電体上のシリコン)技術について協力が得られる。
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