光の屈折現象を自在に操る人工材料～光メタマテリアルの世界～

世界中で競う「メタマテリアル」開発

これまでの光学の世界では、「目で見える光（可視光）では、その波長よりも小さいものを見ることはできない」「自然界の物質と相互作用するのは光の電界で、光の磁界とは相互作用しない」ということが常識でした。ところが2000年ごろ、自然界の物質では起きないような光との相互作用をする新しい人工材料「メタマテリアル」が登場しました。
このメタマテリアルが引き起こす現象が実証されると、世界中で「究極のレンズや透明マントができる技術！」と大きく取り上げられ注目されました。以後、光に対し多様な機能や性能を発揮するメタマテリアルの研究開発が、世界中の研究者によって競って行われるようになりました。

負の屈折率が超高解像レンズ実現の鍵

メタマテリアルの注目すべき特徴の一つは「光の磁界と相互作用する」ことです。その性質を持った多量のナノサイズのリング状金属アンテナと棒状金属アンテナ（光エネルギーを受けて新たな光を放射する微小アンテナ）を透明な樹脂などに埋め込んで作られたメタマテリアルは、常識ではあり得ない「負の屈折現象」を起こすようになります。
このメタマテリアルが産業界に与える一番大きなインパクトは、レンズへの応用です。通常のレンズで光を小さく絞っても、そのサイズには限界（回析限界）があります。しかし負の屈折率を持つメタマテリアルではその限界を超えた集光ができ、これまでの光学顕微鏡では観察不可能だったウイルスや分子・原子なども観察できるような、超高解像レンズの実現可能性が高まったのです。

広がる光学材料への応用

今後基礎研究を重ね、目的に応じて光を自在にコントロールするためのメタマテリアルの構造設計や作製技術が進歩すれば、利用できる光学材料の特性が大幅に拡張されます。また、今まで注目されていなかった光の磁界を利用できるようになることで、見たことのない情報や従来の顕微鏡で調べるのとは違う新たな情報が増えるわけです。このことにより、新たな応用の世界もさらに広がっていきます。

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先生情報 / 大学情報

徳島大学理工学部理工学科光システムコース准教授岡本敏弘先生

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光工学、光量子科学、電気電子工学

先生が目指すSDGs

メッセージ

私が所属する理工学科情報光システムコース（光系）では、光技術で社会貢献できる人材を育てる教育が行われています。光系での研究は多岐にわたり、光通信、3D映像技術、医療画像診断システムなどもありますが、私はメタマテリアルという光を操るための人工機能材料の研究をしています。徳島大学にはまた「ポストLEDフォトニクス研究所」があり、理工系と医学系の研究者が共に研究することで「医光融合」を実現できる環境もあります。「光」に関心があるなら、本学で光を学んで、新しい応用につながる研究をぜひ一緒にやりましょう。

先生への質問

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