メタマテリアル
メタマテリアルは「単位素子」と呼ばれる微小単位が電磁波の波長に比べて充分小さな距離で人為的に等間隔で配置され、電磁波に対して均質な媒質として振舞うように構成された物質である。メタマテリアルであるために必ず等間隔で配置されなければならない訳ではないが、それが電気的・磁気的特性を左右する。
単位素子とされるものには、人工誘電体や人工磁性体があり、その他にも、高分子材料やフォトニック結晶、EBGも単位素子とされる。
メタマテリアル(英: meta-material)とは、自然界の物質には無い振る舞いをする人工物質のことである。 光を含む電磁波といった性質に対して、自然界の物質には無い所望の特性を持たせることについていう場合が多いが、振動・音や熱(伝熱)や強度などの性質を対象にすることについて言う場合もある。
「メタマテリアル」という語句自体は「人間の手で創生された物質」を示すが、特に負の屈折率を持った物質を指して用いられることがあり、「電磁メタマテリアル」という表現も認められる。メタマテリアルの人工的構成要素はメタ原子と呼ばれる。
光は電場と磁場が交互に生成されて伝播していく電磁波であり、物質との相互作用は比誘電率と比透磁率で示され、光の屈折率は二つの物理量の平方根を掛けた値となる。自然界にあるほとんどの物質は、可視光付近の波長の光の電場と相互作用はするが、光の磁場とは相互作用しない。つまり、自然界にある物質の比透磁率の値は1.0であり、屈折率は電場との相互作用の大きさ、比誘電率だけで決まるというのが、それまでの光学の世界の常識とされてきた。ところが、光の磁場の波と相互作用する人工物質として電磁メタマテリアルが登場したことによって、さまざまな屈折率を持つ物体が作れるようになった。「メタ」とは「超越した」という意味であり、「電磁メタマテリアル」は、「従来の光学の常識を超越した物質」という意味である。その実現には、光の波長よりも小さなナノスケールのコイルを物質中に無数につくることなどが必要となる。光を用いて金属をナノスケールで3次元に加工する技術や、ダストプラズマが自己組織化する性質を利用したナノレベルの微粒子アセンブリー技術によって散逸構造生成される電磁メタマテリアルの登場が期待されている。
↑ “テラヘルツ領域のメタマテリアル”. テラヘルツテクノロジーフォーラム. 2017年5月23日閲覧。
↑ 理研ニュース 2009年4月号「メタマテリアルで光の常識を打ち破る」
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↑ 日経BP Tech-On 旬な材料 左手系メタマテリアル
1 2 野澤哲也著 『媒質を人工的に設計 「単位素子」が特性を左右』 日経エレクトロニクス 2008年11月17日号 128-134頁
↑ Engadget japanese 米軍、メタマテリアルを利用した「非対称透過シールド」の開発に着手