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光メタマテリアルが屈折率ゼロの特殊な性質を持つことを理論的に解明物質・材料研究機構,米国パデュー大学 研究グループ

 物質・材料研究機構,米国パデュー大学の研究グループは,金属と誘電体が周期的に積層したメタマテリアルが,特定の周波数の光に対して屈折率がゼロになるなど特殊な光学特性を持つことを,理論的に解明したと発表した。
 近年,メタマテリアルと呼ばれる人工構造を用いて,自然界には存在しない新規の光学素子を開発する研究が世界中で盛んに行われている。メタマテリアルの中でも,金属と誘電体の周期構造を持つものはハイパボリックメタマテリアル(HMM)と呼ばれ,これまでにHMMを用いた超高解像度のレンズや,単一光子光源の発光効率の向上などが報告されるなど,HMMはメタマテリアルの中で も注目度が高くなっている。
 これまでHMMは,光がHMMに対して上面から進入した場合と側面から進入した場合,光の周波数によって金属的に振るまう(反射する)か,誘電体的に振るまう(負の方向に屈折する)かの2種類の応答だけだと考えられていた。
 今回,同グループは,HMM中の光の伝播を厳密に記述することに成功し,それらに加えて,特定の周波数(臨界状態)の場合には,実効屈折率がゼロになったり,光が円錐状に屈折したりといった特異な光学特性も得られることが分かった。
 屈折率ゼロの物質中では,形状がどれほど曲がったりねじれたりしていても光を損失することなく伝播することができるため,今回の成果を実験的に発展させることで,新たな光学素子やフォトニック集積回路の実現が期待される。

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