| 研究課題/領域番号 |
26246035
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| 研究機関 | 滋賀県立大学 |
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研究代表者 |
酒井 道 滋賀県立大学, 工学部, 教授 (30362445)
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| 研究分担者 |
新戸 浩幸 福岡大学, 工学部, 教授 (80324656)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | プラズマ / メタマテリアル / マイクロ波 / テラヘルツ／赤外材料・素子 / 微粒子 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、ｍｍからμｍスケールでの粒子とその複合体を設計・作製し、電磁波に対して高機能性を持つ荷電粒子集団「メタプラズマ」としての集合体診断においてkHz帯から赤外光域にわたって周波数スペクトル取得を行っている。最終的にはマルチスケール性をもち超広帯域周波数分散スペクトルを示すメタプラズマの実現を目指している。
今年度は、まずｍｍサイズの粒子に対して曲面に処理可能なインクジェット装置を導入し、１ｃｍオーダーの球に対して２重分割リング共振器構造の作製に成功した。現在、その作製に注力しているが、その設計指針を得るため平板上への２重分割リング共振器構造の作製とプラズマ中での特性診断を行った。プラズマ中でも２重分割リング共振器によりもたらされる負の透磁率領域は、周波数として0.2 GHz未満のずれにとどまることがわかった。そして、プラズマ複合構造体として動作している実験的証拠として、高効率な２倍高調波生成が観測された。
次に、数μｍオーダーの粒子に対しての帯電およびその集団周波数スペクトル測定を行った。真空中での電子ビーム照射により、表面電位計による診断、有機溶媒中での泳動測定のいずれにおいても、負の帯電が確認された。そして、帯電した粒子群について、有機溶媒中でkHz帯の低周波周波数特性を観測したところ、周波数スペクトルの観測に成功し、簡易理論モデル予測とほぼ一致した。このような帯電粒子集団の挙動解析を数値的に行うことを目指して、外場によって帯電粒子に働く力、帯電粒子どうしの相互作用力、流体抗力、熱揺らぎ力など考慮して、帯電粒子の運動方程式の定式化を行った。
また、次年度に整備予定の装置選定を兼ね、上記の帯電荷電粒子を操作型プローブ顕微鏡システムを用いて測定試行したところ、観測範囲で測定できる粒子はすべて100 mVまでの負の表面電位を示し、詳細な電位分布データも得た。
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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
平成２６年度の研究実施計画に掲げていた、項目はすべて達成している。周波数帯としては、本研究で提唱するプラズマ複合構造体「メタプラズマ」について、すでにkHz帯およびマイクロ波帯の周波数スペクトルの取得に成功した。
特に、マイクロ波帯のプラズマ複合構造体の特性として、新たに高効率な２倍高調波生成を観測した。この内容は、これまで観測されてきた、プラズマ単体での２倍高調波生成や、メタマテリアルへの非線形性付与による２倍高調波生成とは異なる機構での生成であり、より高効率であることも実験的に確認している。これは、我々が期待していたマイクロ波帯での周波数分散特性が実現していることの明確な証拠となった。
また、kHz帯の特性としては、新たに作製した帯電微粒子を用いている。この微粒子は、帯電状態が１０日以上にもわたって保持でき、これまでにバルク材料で観測されてきたエレクトレット性を粒子に適用できたことを示す初めての結果となったと考えている。ドルーデ型類似の周波数スペクトルを得たことで、「メタプラズマ」として、従来のプラズマ特性を異なる周波数において実現するという成果を得、これまでのプラズマ現象そのものの大幅な拡張性を示唆することができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
研究計画の変更は無く、交付申請書に記載の通り遂行する。
購入物品内容について、以下に説明する。平成２７年度に整備する物品として、本研究申請前に計画していた顕微ラマン分光装置は、予算額減額に伴い入手が不可能となった。そこで、微細な元素組成マッピングは行えないものの、同様に微細な構造解析が可能な操作型プローブ顕微鏡の購入準備を進めている。この装置導入により、μｍオーダの帯電粒子生成において、個々の粒子の帯電の様子や粒子断面部の帯電層特定などを行うことが可能となり、メタプラズマ粒子のミクロ分析が可能となると期待できる。
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