| 研究課題/領域番号 |
26287065
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| 研究機関 | 奈良先端科学技術大学院大学 |
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研究代表者 |
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)
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| 研究分担者 |
上田 哲也 京都工芸繊維大学, 電気電子工学系, 准教授 (90293985)
澤田 桂 国立研究開発法人理化学研究所, 放射光科学総合研究センター, 研究員 (40462692)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | メタマテリアル / カイラリティ / 光学活性 / 磁気光学効果 / 磁気共鳴 / 磁気カイラル効果 / 人工的ゲージ場 / メタ固体物理学 |
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| 研究実績の概要 |
研究分担者である京都工芸繊維大学・上田と協力し、自由空間でのマイクロ波の放射パターン測定システムを構築した。そしてカイラルメタ原子で構成されるカイラルメタ物質のマイクロ波の放射パターンを測定した。その結果、密度の勾配をつけたカイラルメタ物質を通過する際に、円偏光に依存してマイクロ波の軌道が異なるという、光の「シュテルンゲルラッハ効果」を確認することに成功した。この実験結果の理論検討を、研究分担者である理研SPring8・澤田と共に行った。
また磁気共鳴を用いることで磁気カイラル効果が増強できることを実験的に見出した。そして数値計算を用いてその物理的メカニズムを明らかにした。
更に応力誘起自己巻き上げ法を用いて作製した強磁性金属薄膜のマイクロサイズのカイラル構造を平行伝送線路上に配置し、単一カイラル構造の強磁性共鳴を測定した。マイクロ波からミリ波にかけての非相反的な電磁波伝搬の観測にも成功した。
今後はこれらの成果を統合・発展させ、磁気カイラルメタ分子を用いて磁気カイラルメタ物質を構築し、マイクロ波に対する実効的なローレンツ力の観測を行い、光に対する人工的ゲージ場の実現を目指す。更に従来の固体物理学を越える「メタ固体物理学」への扉を開く。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
自由空間でのマイクロ波の放射パターン測定システムが構築できた。そしてカイラルメタ原子で構成されるカイラルメタ物質のマイクロ波の放射パターンが測定できた。その結果、「シュテルンゲルラッハ効果」を確認することに成功した。以上は、計画通りである。
次に磁気共鳴を用いることで磁気カイラル効果が増強できることを実験的に見出すことができた。そして数値計算を用いてその物理的メカニズムを明らかにできた。磁気カイラル効果の増強は本研究の最終目標達成のために必要不可欠であったが、計画段階では不透明であった。しかしながら、数値計算による増強メカニズム解明など、計画以上に進展があり、最終目標達成への道が拓けた。
更に応力誘起自己巻き上げ法を用いて作製した強磁性金属薄膜のマイクロサイズのカイラル構造を平行伝送線路上に配置し、単一カイラル構造の強磁性共鳴を測定することに成功した。マイクロ波からミリ波にかけての非相反的な電磁波伝搬も観測に成功した。これは磁気カイラル効果の高周波化への重要な一歩となる。
以上の研究で分担者との協力も大幅に進み、異分野間の相互理解が更に深まった。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでの成果を統合し、今後は更なる展開を目指す。磁気カイラルメタ分子を用いて磁気カイラルメタ物質を構築し、自由空間でのマイクロ波放射パターンを測定することで、マイクロ波に対する実効的なローレンツ力の観測を目指す。そして光にとっての磁場など、人工的ゲージ場の創成と言う本研究の最終目標の達成を目指す。
更に固体物理で興味を持たれながらもアプローチが難しい問題に、メタ物質を用いて切り込む。その際、量子ホール効果やトポロジカル絶縁体などの固体での諸問題を共同研究者と共に検討し、ターゲットを絞る。例えばカイラルメタ原子を用いてカイラルメタ物質を作製し、そのマイクロ波近接場応答などを測定することが興味深いと期待される。この様な研究は、従来の固体物理学を越える「メタ固体物理学」への扉を開くと期待される。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
マイクロ波領域での磁気カイラル効果の実験、計算、理論検討に注力するために、高周波領域での磁気カイラル効果を目指した実験の一部、及びメタ固体物理学への展開を目指した実験を次年度に回したため。
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| 次年度使用額の使用計画 |
高周波領域での磁気カイラル効果の観測を目指した実験、及びメタ固体物理学への展開を目指した実験を行う。
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