メタマテリアルの開発と応用

電磁波の波長よりも十分に小さく、原子よりは十分大きな構造をうまくデザインすることによって負の屈折率などの異常な電磁応答を実現することができる。このような「新物質」をメタマテリアルと呼ぶ。メタマテリアルを用いることにより波長分解能を超えたイメージング、電磁波迂回による透明化、光領域の磁性などが実現されると考えられている。

本研究会では、マイクロ波から、テラヘルツ波、可視領域までの電磁メタマテリアルに関心をもつ産学の研究者がそれぞれ固有のバックグラウンドを超えて交流し、新しいメタマテリアルの開発とその応用を議論して、日本におけるこの分野を推進し、世界をリードすることを目指す。

電磁波に対する応答を制御するために、波長より小さい構造を利用するという考え方は古くからあった。これによって誘電率と透磁率を同時に負とすることにより屈折率が負の物質を作り出すことができると認識された時点でメタマテリアルという新しいパラダイムが誕生したと考えられる。現在では負の屈折率物質にとどまらず、誘電率、透磁率およびカイラリティを、マイクロ波、THｚ波および光波に対するサブ波長構造によって制御することで生じる新奇な物理現象とその応用を扱う大きな研究分野が急速に成長を続けている。メタマテリアルを用いることにより波長分解能を超えたイメージング、電磁波迂回による透明化、光領域の磁性などが実現されると考えられている。

初期の発展において、光について議論された現象が、マイクロ波というずっと波長の長い領域で検証された。メタマテリアルは広範な既存研究分野に関係した現象を、マックスウェル方程式の粗視化に基づく共通の概念で理解する学問分野であるといえる。波長領域によって、材料パラメタ、加工方法、応用対象は異なるが、異なった既存研究分野に属する研究者が一堂に会して、議論することはこの分野の発展のために必要不可欠である。

大学、研究所、企業に属する研究者が通常の学会とは異なった、十分な時間をとった環境で徹底的に議論を行う。各自の研究成果の発表のみならず、基礎的な事項に関するチュートリアル講義および諸外国やメンバー以外の研究についてのレビュー発表による情報共有を行い、各自の研究基盤の強化を図る。これまで、異なった学会で独自に発展してきた研究文化の相互理解と、その刺激による新たな発展により、日本がリードする研究分野の確立をめざす。

第１回：　2011年　６月頃　１泊２日（於　高等研）

第２回：　2011年１１月頃　１泊２日（於　高等研）

スピントロニクス、プラズマ、電子ビーム、加速器のコミュニティでメタマテリアルの概念が適用できそうな専門家を招聘する予定。

学術振興会の先導的研究開発委員会と合同で研究会を運営した。設立総会においては末松安晴、　粟井郁雄両先生に新しい研究分野を開拓するのに参考になる講演をいただいた。その後の研究会では共通理解を確立するためのチュートリアル講演（１時間半の時間に自由に質疑）とグループの研究成果あるいは国内外の研究動向を報告する講演（３０分の話題提供と３０分質疑応答）２つを組み合わせるスタイルをとった。各回の話題は特定のテーマを定めるのではなく、マイクロ波・ＴＨｚ波のメタマテリアルに関する話題と光メタマテリアルに関する話題をバランスよく配置し、どちらの分野の研究者も参加しやすいように配慮した。また、ナイトセッションでは自己紹介や近況報告を行い、研究交流が活性化するように工夫した。異なったバックグラウンドの研究者が交流することが、学際的なメタマテリアル研究を推進するのに本質的に重要であるからである。先行する高等研研究プロジェクト「ナノ物質量子相の科学」では研究会において生みだされる知的財産の保護するために、研究機構を作り、守秘義務をもつ（産学連携高等研モデル）としたが、本研究会ではメンバー間の議論の結果、研究会はオープンであるとし、議論された内容をそれぞれのグループに持ち帰り、議論をフィードバックすることが、現在の研究フェーズにおいてはより重要であるという結論に達した。

昨年と同様、チュートリアル的な講演と話題提供を組み合わせた研究会を行った。新規参加者が毎回いるので、ナイトセッションでは自己紹介、近況報告を必ず行い交流を深めるよう配慮した。本年度第一回の研究会ではSeoul National Univ. のD.S.Kim教授とMax Planck　固体研のM. Lippitz准教授の参加を得、それぞれの最新成果と、韓国とドイツにおけるメタマテリアル研究の現状を紹介していただいた。第二回の講演会では一日目のチュートリアルに続き、ナイトセッションでは９月にドイツで開かれたMetamaterials2010の報告が萩行教授からあった。３月１１日には新学術領域研究「電磁メタマテリアル」と一般公開のシンポジウムを東京大学本郷キャンパスにて共催し、アメリカから、UCLAの伊藤龍男先生とこの分野のブレークの契機となる負の屈折率の実験的な検証を行ったDuke大のD.R.Smith教授を招聘してこの分野の面白さを広い領域の研究者・学生に広めた。伊藤先生の講演中に東北地方太平洋沖地震がおき、建物の外に避難するように大学から指示があったため、４０分間講演が中断された。翌日には、それに引き続き、伊藤先生、Smith教授を交えて高等研・学振の研究会として、メタマテリアルの応用に関する議論を行った。東京において、新学術領域研究と合同で外国の著名研究者を招聘して共催シンポジウムを行ったのは、メタマテリアル研究の裾野を広げて研究のさらなる活性化をはかるとともに、より多くの企業研究者に興味を持っていただき、学術振興会のナンバー委員会への助走を行うことが狙いであった。