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March 22, 2012, Durham--デューク大学(Duke University)の研究者によると、高度な人工材料の進歩により、光を意のままに制御できるようになる。
オプティクス分野で急増するメタマテリアルの利用は、自然界の材料に限られるわけではなく、多くの光特性を制御できるように設計された人工の構造にむしろ依存する。このような制御はメタマテリアルを使用することで得られる。これは、単一の材料というよりも、自然界には存在しない特性を示すように設計された人工の構造全体である。
最近の一連の実験で、デューク大学の研究チームは、独自開発したメタマテリアル構造が赤外光の範囲でホログラムとなることを実証した。これまでにこのような例は報告されていない。
デュークの研究チームは、「この成果は特殊な光波長において達成されたものであるが、実験においてメタマテリアルを設計、作製した原理はほとんどの周波数の光制御に適用できる」と説明している。
同大学、電気・コンピュータ工学の研究者、Stéphane Larouche氏は「これまで、光デバイスの作製は自然の材料の特性に限界づけられていた。今では、メタマテリアルがあるので、われわれが光を用いてやりたいことはほとんど何でもできる」と話している。同氏によると、ホログラムの他に、研究チームが開発したアプローチは幅広い光デバイスに容易に拡張できる。「これが実現すると、完全3D機能によって、幅広い特性を組み合わせた新しいデバイスが実現する。われわれの実験はその一端を示したものであり、最先端の光デバイスは極めて複雑な材料特性をサポートするメタマテリアルをベースにすることで可能になる」。
デュークの研究チームが作製したメタマテリアルデバイスはレンズのようには見えないが、それを透過する光の方向をコントロールする能力は従来のレンズを上回っている。従来のレンズはガラスやプラスチックなどの高度に研磨した透明材料でできているが、この新しいデバイスは黄褐色のベネチアンブラインドのミニチアセットのように見える。
これらのメタマテリアルは、コンピュータチップと同じ材料の薄板(thin slab)上に作製されている。これらスラブ上で金属にエッチング処理をして格子状のパタンを作製する。金属エレメントのアレンジは無限に可能であり、所望の特性に依存する。
Larouche氏は「もっと基本材料の制御ができるようになると、光デバイスがさらに機能的に、先端的になることは間違いない」と言う。同氏によると、これらメタマテリアル構造をデザインし作製する能力は、一段と高度なデザインができる段階に来ている。「この新しいアプローチを採用することで、どんな光デバイスでも、その効率と効果はさらに改善される」と同氏は話している。