| 研究課題/領域番号 |
26610084
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| 研究機関 | 信州大学 |
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研究代表者 |
杉本 渉 信州大学, 学術研究院繊維学系, 教授 (20313843)
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| 研究分担者 |
宮丸 文章 信州大学, 学術研究院理学系, 准教授 (20419005)
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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 | ナノシート / メタマテリアル / テラヘルツ |
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| 研究実績の概要 |
本研究は，テラヘルツ領域におけるナノシートの応答特性を調べ，その特性を新規のテラヘルツ光学デバイスに応用することを目的としている。
本年度において，層状K0.2RuO2.0･nH2Oから誘導した酸化ルテニウム（RuO2）ナノシートの原子平滑薄膜を作製し，テラヘルツ領域における重要な光学定数であるシートインピーダンスを評価した。RuO2ナノシートは厚みが1 nm以下，面方向が数100 nmの板状単結晶であり，高い電子伝導性を有することが従前の研究でわかっている。
RuO2ナノシートコロイドを用いて交互積層法により石英およびシリコン基板上にRuO2ナノシートを1層から3層重ねた1,2,3ML-RuO2ns/quartz，1,2,3ML-RuO2ns/Siを成膜した。３層積層した膜で解析可能なS/N比が得られた。テラヘルツ領域における振幅の透過率は石英，Si基板のいずれにおいても0.3～2.5THzで約90%であった。測定に用いたテラヘルツ時間領域測定法では，複素透過係数を測定することが可能であるので，測定した値からシートインピーダンスを算出することができる。テラヘルツ波の波長(100μm～1mm)に対し，ナノシートの厚み(1nm程度)は0.00001～0.000001程度であり，ナノシートの厚みを無限小としてシートインピーダンスを算出した。その結果，石英基板及びSi基板を用いた3ML-RuO2nsの両方において，0.3～2.5THzでおおよそ500～1500Ω/squareの値であった。これらの分光学的に求めたテラヘルツ領域での抵抗値は，直流に対する抵抗値(2300Ω/square)のオーダーと一致している。これは，RuO2ナノシートが，テラヘルツ波の高周波領域まで，ある程度の導電性を持っていることを示しており，今後のデバイス研究において重要な情報である。
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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
本研究は，ナノシートを用いてテラヘルツ領域における変調デバイスを作製することを目的としている。その実現のためには，外場(電場や光)によるナノシートのテラヘルツ応答の変化が必要である。そこで，本年度の研究において，3ML-RuO2ns/quartzに800nm及び400nmの可視光を照射し，ポンプ－プローブ法によってテラヘルツの応答特性の変化を調べた。しかしながら，測定精度範囲内でテラヘルツの応答特性の変化は見られなかった。そのため，メタマテリアル光学素子の具体的な設計検討及び作製には至っていない。
しかしながら，3ML-RuO2ns/Siに可視光を照射し，そのときのテラヘルツ応答特性を調べたところ，Siの光吸収によるテラヘルツ応答の変化が観測された。この結果は，RuO2をテラヘルツ波と可視光の両方に対して透明な電極膜として利用することができることを意味し，大変興味深い知見である。これより，テラヘルツ波と可視光の両方に対して透明な電極膜による，変調素子への新たな展開が期待される。本研究を遂行するにあたり，この現象の再現性や解析を優先することが重要であると判断し，平成26年度はテラヘルツ応答特性の評価解析に注力した。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は，引き続きRuO2ナノシートのテラヘルツ応答特性を調べるとともに，IrO2やグラフェンなどの他のナノシートのテラヘルツ応答特性を調べ，光学デバイスへの応用可能性を探る。具体的には，同種類のナノシートにおいても合成方法を変更することにより，特性の異なるナノシートを作製し，それらのテラヘルツ応答特性を調べる。特に，基本的なマクロな光学定数に加えて，外場による特性変化に着目する。
それらと並行し，微細加工の可能性を調べる。具体的には，ナノシートをフェムト秒レーザー加工により微細なパターンを作製し，加工適正や加工時における装置の適切なパラメータを調べる。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
当初計画で見込んでいたよりも安価に研究を進めることができたため，次年度使用額が生じた。
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| 次年度使用額の使用計画 |
次年度において，透過型の光ポンプ-テラヘルツプローブ光学系を新たに構築予定であり，次年度使用額とH27年度請求額をあわせてその装置構築の際に必要となる光学部品等の購入を計画している。
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