京都工芸繊維大学 産学公連携推進センター

■研究の概要

プラズマ中に微粒子を入れると負に帯電し、クーロン力や重力等の力が釣り合う位置で浮遊する事実は良く知られています。本研究ではその技術を応用し、低温プラズマ中に細菌を導入して、それらが帯電することでプラズマ中に浮遊することを世界で初めて観測しました。この技術は「宇宙空間における微生物の挙動の模擬実験」、「プラズマメタマテリアルとしての応用」、「未知の細菌種の同定法や分級法の開発」、「効率の良い滅菌殺菌方法の確立」等、幅広い応用が期待されます。

■研究の概要

　電磁メタマテリアルとは、波長よりも十分小さな微細構造を組み合わせた人工構造体です。このような構造体を用いることで、自然には存在しない特異な電磁応答を実現することができます。ここで、特異な電磁応答とは、例えば「負の屈折率」や「隠れ蓑(クローキング)」などの現象を指します。このようなメタマテリアルに磁性体を組み込むことで時間反転対称性を破り、同時に微細構造の幾何学的形状の空間反転対称性を破ると、電気磁気光学効果や磁気カイラル効果と呼ばれる特殊な電磁現象を実現することができます。これらの現象を用いると、電磁波の入射方向によって入射波の透過率を制御することができます(非相反性)。
　更に、透過率は入射波の偏波状態に依存せずに制御することができます。本研究では、このようなメタマテリアルの時空間制御を通じて電磁波の伝搬制御を行い、超微細なアイソレーターなどの応用を目指しています。加えて、熱輻射を担う赤外線に応用することで、一方向だけに熱を通すスマートウィンドウなどの高機能光学素子も研究しています。

■研究の概要

メタマテリアルは、材料固有の特性だけでは実現困難である特異な電磁波伝搬を、波長に比べて小さなスケールの素子からなる人工構造体の構造設計により実現する設計技術です。実効屈折率が0の構造体を伝送線路共振器に用いると、共振周波数が共振器のサイズに依らない0次共振器を構成できることは、これまでにも良く知られていましたが、両端短絡（電気壁）の場合と、両端開放（磁気壁）の場合の2つのケースしか検討されていませんでした。私たちのグループでは、この2つのケースも含めて、複素共役な関係のリアクティブ素子対が両端に挿入された、より一般的な共振条件を見出しました。リアクティブ素子の値は任意に選ぶことができ、さらに連続的に変化させることで、2つの異なる共振状態を共存させ、しかも各共振部分に蓄えられるエネルギーの割合を自由に操作できることもわかりました。さらに私たちは、この０次共振器をアンテナに応用することにより、両端条件を操作するだけで、放射波の主偏波を所望の方向に回転制御できる指向性アンテナを提案しています。

■研究の概要

メタマテリアルとは、負の屈折、クローキング（透明マント）など、材料固有の特性だけでは実現困難である特異な電磁波伝搬を、波長に比べて小さなスケールの素子からなる人工構造体の構造設計により実現可能とする新しい研究分野です。私たちの研究グループでは、伝搬方向により伝送特性の異なる非相反回路と、このメタマテリアル技術とを組み合わせることにより、新しい概念として「非相反メタマテリアル」を提案しています。非相反メタマテリアルを用いると、電磁波の順方向伝搬に対して正の屈折率を示す一方で、逆方向伝搬に対して負の屈折率を示すことが可能となります。私たちはこの性質を用いて、さらに新電磁気現象の発現、新機能素子／デバイス・アンテナへの応用を目指しています。例えばこれまでに、共振周波数を固定したままで、共振器サイズを自由に変えられる進行波共振器、小型で高放射効率を実現するビーム走査アンテナ、さらにビーム走査だけでなく主偏波の回転制御可能なアンテナなど、比較的簡単な構成で、しかも少ないパラメータで制御可能なマイクロ波回路、高機能アンテナを提案しています。