メタマテリアル・メタサーフェスの基礎と応用

自然界にない光学特性を示す人工物質であるメタマテリアルは、製作の困難さから光の波長における製作例は少ない。一方リソグラフィ技術の進展によって、平面的な金属構造を容易に製作することが可能となった。とくに金属ナノ構造で生じるプラズモン共鳴などの応答を自在に制御することで、極薄の光学素子を形成する研究が近年進展している。この分野はメタサーフェスと呼ばれ、メタマテリアルの中でも特に実用化に近い分野として期待されている。 　本セミナーでは、メタサーフェスの原理・特徴、作製方法と応用について述べる。

1. メタマテリアルの基礎
   1. メタマテリアルとは
      1. 物質の電磁場応答
      2. 誘電率と透磁率
      3. 負の屈折率と左手系物質
      4. なぜ自然界に負の屈折率はないのか
      5. メタマテリアルの歴史
   2. メタマテリアルの応用と作成方法
      1. スーパーレンズ
      2. 光クローキング
      3. マイクロ波メタマテリアルの作成方法
      4. 可視メタマテリアルの作成方法
2. メタマテリアルからメタサーフェスへ
   1. メタサーフェスの基礎と特徴的な光応答
      1. ナノホール配列と異常透過
      2. ナノスリットアレイの光透過
      3. ナノ粒子・ナノロッドの光応答
      4. プラズモニックナノアンテナ
      5. プラズモン共鳴とアンテナ共鳴はどう違うか
      6. 電磁誘起透明化
      7. Mie 共振器
   2. メタサーフェスの設計・製作法
      1. 電磁場シミュレーション
         • FDTD
         • RCWA
         • COMSOL
      2. リソグラフィとリフトオフ
      3. トップダウン加工法
      4. ボトムアップ加工法
3. メタサーフェスの応用
   1. メタサーフェス光学素子
      1. レンズ
      2. プラズモン収束レンズ
      3. 偏光子と逆偏光透過
      4. 光アイソレータ
      5. 位相子・波長板
      6. ベクトルビーム生成
      7. ホログラフィ
      8. カーペットクローキング
      9. 熱輻射制御
   2. 可変メタサーフェス
      1. 透過強度変調
      2. カラーフィルタ
      3. 可変レンズ
      4. 位相変調器
      5. キラリティ変調
4. まとめと今後の展望