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メタマテリアルII    
Metamaterial II
[コードNo.2012T797]

※ 本書籍はご試読頂けません ※

■監修/ 石原照也・真田篤志・梶川浩太郎
■体裁/ B5判 278ページ
■発行/ 2012年6月 (株)シーエムシー出版
■定価/ 75,600円(税込価格)
■ISBNコード/ 978-4-7813-0354-3

 
★常識を超越した人工の物質"メタマテリアル"。アンテナ、レンズ、センサ、光記録、電子部品などで、従来材料では
  なしえない飛躍的な高性能化が実現可能に!
★和書では数少ない、メタマテリアルの専門書!
★大好評の前書をアップデートするとともに、作製技術を新しく追加!

キーワード

メタマテリアル/プラズモン/左手系/負の屈折率/作製/加工/アンテナ/レンズ/光ファイバー/通信

刊行にあたって

 2009〜2011年度にメタマテリアルに関心をもつ学界、産業界の研究者が集い「メタマテリアルの開発と応用」という研究会が毎年数回開かれました。これは日本学術振興会と国際高等研究所からのご援助をいただき、先導的研究開発委員会および研究プロジェクトとして、国内のメタマテリアルの研究のネットワーク化、相互活性化をめざして行われたものです。この3年間の活動で研究メンバーの相互理解は深まり、共同研究が始まったことなど、大きな成果がありました。
 本書はそこで行われたさまざまな専門家による講演の内容をより広い方々に知っていただくために、2007年に出版した『メタマテリアル-最新技術と応用-』をアップデートする形で企画されました。1864年にマクスウェルが電磁気学の体系を確立してから次第に発展して、電磁波工学、光学、固体物理学などに分化していった学問が、構造による機能の発現という切り口で統一的な視点を与えられ、メタマテリアルという新しいパラダイムが確立しつつあります。今、まさに新しい時代の幕が開けたところだと言えるでしょう。この時期に一度分野の全体を俯瞰したうえ、それぞれの研究者が、個々の問題に取り組んでゆくことは大変重要なことだと思います。
 メタマテリアルへの関心は高く、今年度に入ってからでも、META2012(Paris)、PECS-X (Santa Fe)、Metamaterial'2012(St. Petersburg)など、メタマテリアルが議論される国際会議が続きます。私自身は現在ちょうどCLEO (Conference on Lasers and Electro-Optics)という会議に参加しているところです。これらの会議のウェブサイトを訪れることで、最先端の話題について知ることができるでしょう。本書がそのためのよい手引きとなることを願って世の中に送り出す次第です。

2012年5月
サンノゼにて 石原照也

著者一覧

石原照也東北大学 大学院理学研究科 物理学専攻 教授
真田篤志山口大学 大学院理工学研究科 教授
梶川浩太郎東京工業大学 大学院総合理工学研究科 教授
野村壮史(株)豊田中央研究所 情報エレクトロニクス研究部
山ア慎太郎芝浦工業大学 システム理工学部 機械制御システム学科 准教授
宇野亨東京農工大学大学院 工学研究院 教授
西村直志京都大学 大学院情報学研究科 教授
張紀久夫(元)豊田理化学研究所 フェロー
北野正雄京都大学 大学院工学研究科 電子工学専攻 教授
玉山泰宏京都大学 大学院工学研究科 電子工学専攻 特定研究員
上田哲也京都工芸繊維大学 大学院工芸科学研究科 電子システム工学部門 助教
酒井道京都大学大学院 工学研究科 電子工学専攻 准教授
飯田琢也大阪府立大学 21世紀科学研究機構 ナノ科学・材料研究センター 特別講師(テニュア・トラック講師)
服部祐徳大阪府立大学 21世紀科学研究機構 ナノ科学・材料研究センター
日高慎平大阪府立大学 21世紀科学研究機構 ナノ科学・材料研究センター
蓑輪陽介大阪大学 基礎工学研究科 助教
田中耕一郎京都大学 物質-細胞統合システム拠点 教授
高野恵介大阪大学 レーザーエネルギー学研究センター 特任研究員
宮丸文章信州大学 理学部 物理科学科 助教
萩行正憲大阪大学 レーザーエネルギー学研究センター 教授
落合友四郎大妻女子大学 社会情報学部 情報デザイン専攻 准教授
ホセ・ナチェル公立はこだて未来大学 システム情報科学部 複雑系知能学科 准教授
冨田知志奈良先端科学技術大学院大学 物質創成科学研究科 助教
東條淳(株)村田製作所 技術・事業開発本部 商品開発統括部 上級研究員
道下尚文防衛大学校 電気情報学群 電気電子工学科 講師
出口博之同志社大学 理工学部 電子工学科 教授
辻幹男同志社大学 理工学部 電子工学科 教授
本城和彦電気通信大学 情報理工学研究科 教授
尾内敏彦キヤノン(株) 総合R&D本部 不可視領域イメージング第二研究室 室長
関口亮太キヤノン(株) 総合R&D本部 不可視領域イメージング第二研究室
福田浩章(株)リコー グループ技術開発本部 グループ技術企画室
杉本喜正(独)物質・材料研究機構 先端フォトニクス材料ユニット 主席研究員
池田直樹(独)物質・材料研究機構 ナノテクノロジー融合ステーション 主任エンジニア
金森義明東北大学 大学院工学研究科 ナノメカニクス専攻 准教授
田中拓男(独)理化学研究所 基幹研究所 田中メタマテリアル研究室 准主任研究員
藪浩東北大学 多元物質科学研究所 准教授((独)科学技術振興機構 さきがけ研究者)

構成および内容

【第1編 基礎】

第1章メタマテリアルの物理的基礎   石原照也
1はじめに
2負の屈折率
3人工電磁媒質の粗視化
3.1電磁場の粗視化の手続き
3.2金属筒と分割リング共振器
3.3金属細線配列
4マイクロ波領域における負の屈折と結像の実験的検証
4.1分割リングと金属ワイア複合系
4.2伝送線路によるアプローチ
5光領域のメタマテリアルデザイン
5.1構造デザインの工夫による短波長化
5.2薄膜試料における有効誘電率、透磁率の決定
5.3光領域のs偏光Brewster現象
6ベセラゴレンズとペンドリーの完全レンズ
第2章伝送線路メタマテリアルの基礎と設計   真田篤志
1はじめに
2伝送線路メタマテリアル
3右手/左手系複合(CRLH)線路
3.1右手系線路
3.2理想左手系線路
3.3CRLH線路
4バランス型CRLH線路
52次元CRLHメタマテリアル
第3章メタマテリアルのためのトポロジー最適化技術   野村壮史、山ア慎太郎
1はじめに
2レベルセット法に基づく定式化
3最適化手続き
4数値例
5むすび
第4章FDTD法の基礎と特殊媒質への応用  宇野 亨
1はじめに
2基本概念とアルゴリズム
2.1Yeeアルゴリズム
2.2計算上の注意
2.2.1物体のモデル化
2.2.2外部波源
2.2.3セルサイズと時間ステップ
2.2.4計算機資源
3分散・異方・非線形媒質
3.1周波数分散性媒質
3.2左手系媒質の取り扱い
3.3異方性媒質
3.4非線形媒質
4吸収境界条件
4.1Murの吸収境界条件
4.2PML吸収境界条件
5周期構造
5.1散乱問題
5.2分散ダイアグラム
第5章周期多重極境界要素法による電磁場解析  西村直志
1はじめに
2境界要素法と高速多重極法
3Maxwell 方程式における境界要素法と高速多重極法
3.1非周期境界値問題
3.2周期境界値問題
3.3周期多重極法
4数値解析例
4.12重漁網構造
4.2分割リング共鳴器
4.3光誘起起電力
5おわりに
第6章電磁応答理論の階層構造に適合する巨視的Maxwell方程式    張紀久夫
1はじめに
2微視的応答理論
3巨視化:微視的方程式の長波長近似
4従来形式との対比
5メタマテリアル研究への寄与

【第2編 現象】

第7章メタマテリアルの基礎的問題と旋光性媒質に対する無反射現象   北野正雄、玉山泰宏
1はじめに
2負屈折率媒質における波動の伝搬速度
2.1ローレンツモデル
2.2エネルギー密度、 ポインティングベクトル、 エネルギー速度
2.3エネルギー速度と群速度の比較
3旋光性媒質に対する無反射現象
3.1旋光性媒質の基礎
3.2無反射条件の導出
3.2.1ξ= 0 の場合
3.2.2ξ≠0、 Zc≠Z0の場合
3.2.3ξ=0、Zc=Z0の場合
3.3カイラル真空の応用
4まとめ
第8章磁性体からなる非相反メタマテリアル  上田哲也
1はじめに
2非相反回路
3高周波磁性体と透磁率テンソル
4非相反性の発現
4.1非相反性の分類
4.2エッジガイドモード
4.3負の実効透磁率と左手系メタマテリアル
5非相反移相右手系/左手系複合伝送線路
6漏れ波放射特性
7擬似進行波共振器
8おわりに
第9章プラズマを構成要素とするメタマテリアルの機能と応用検討   酒井 道
1はじめに
2プラズマの複素誘電率
3線形なプラズマ・メタマテリアル構造
4プラズマ・メタマテリアルの非線形性
5おわりに
第10章光誘起力によるプラズモニックナノ複合体の作製と光機能制御   飯田琢也、服部祐徳、日高慎平
1はじめに
2熱揺らぎの下での光誘起力による運動制御の原理
2.1光誘起力の基本的性質とナノ物質操作への展開
2.2光誘起力と熱揺らぎの下でのナノ粒子の動的過程の計算手法
3光誘起力を利用したプラズモニックナノ複合体の配列制御
3.1金属ナノ粒子対における物質間光誘起力とDLVO力
3.2物質間光誘起力によるナノ粒子の配列・光機能制御
3.3偏光特性をデザインされた光源による金属ナノ粒子の配列制御
4まとめ
第11章エヴァネッセント光の増幅と完全レンズ  蓑輪陽介、田中耕一郎
1完全レンズ
2空間分解能
3エヴァネッセント光の増幅
4全反射減衰分光法
第12章テラヘルツ領域のメタマテリアル  高野恵介、宮丸文章、萩行正憲
1はじめに
2平面テラヘルツメタマテリアルの応答
3超微細インクジェット工法を用いた分割リング共振器の作製と応答
3.1平面分割リング共振器配列
3.2基板直立型分割リング共振器配列
4動的テラヘルツメタマテリアル
4.1光学的手法によるメタマテリアルの動的制御
4.2電気的手法によるメタマテリアルの動的制御
4.3メタアトムを装荷したテラヘルツ波放射用光伝導アンテナの動的制御
53次元テラヘルツメタマテリアル
5.1薄いフィルム上のメタマテリアル
5.23次元メタマテリアル
6まとめ
第13章クローキング媒質の設計方法  落合友四郎、ホセ ナチェル
1はじめに
2曲がった空間の幾何学と媒質(Transforamation Optics)
3異方性媒質による透明マント
3.1円柱状の異方性媒質の透明マント
3.2球状の異方性媒質の透明マント
3.3透明マントの実験
4等方性媒質を用いた透明マント
5おわりに
第14章金属ナノ構造との複合体を用いたメタマテリアル  冨田知志
1はじめに
2金属・絶縁体多層膜メタマテリアルでのスーパーレンズ効果
3金属・絶縁体多層膜メタマテリアルでの共鳴光輸送
4金属ナノ粒子との複合体構造を用いたメタマテリアル
5生体超分子を用いた光学メタマテリアル
6おわりに

【第3編 デバイス・応用】

第15章電子部品のメタマテリアルへの応用   東條 淳
1はじめに
2MLCCによる負の透磁率の実現
3コイルによる負の誘電率の実現
4左手系チップ部品の実現
5商品応用
5.1トラップフィルタ
5.2密結合カプラ
5.3整合回路
6おわりに
第16章メタマテリアルのアンテナ応用  道下尚文
1はじめに
2アンテナ間相互結合抑制用寄生素子
3UHF帯広帯域漏れ波アンテナ
4広帯域で低姿勢な右手/左手系複合伝送線路を用いた漏れ波アンテナ
5むすび
第17章導体基板付きコプレーナ線路を基にした右手/左手系複合伝送線路と漏洩波アンテナへの応用   出口博之、辻 幹男
1はじめに
2平面回路線路を基にした右手/左手系複合伝送線路の基本特性
2.1概要
2.2右手/左手系複合伝送線路
2.3空間漏洩
2.4導体基板付きコプレーナ線路を基にした右手/左手系複合伝送線路
3数値計算例
3.1通過特性
3.2分散特性
3.3右手/左手系複合伝送線路のバランス条件
3.4バランス条件を満たす右手/左手系複合伝送線路の設計例
4導体基板付きコプレーナ線路を基にした右手/左手系複合漏洩波アンテナ
4.1減衰定数
4.2放射特性
第18章マイクロ波アクティブデバイス  本城和彦
1回路応用から見た右手・左手系材料
1.1伝送線路と媒質の相似性
1.2単位CRLH回路の設計
1.3並列に右手系回路を接続した右手左手系複合回路の基本特性
1.4GaAs MMIC構成による右手左手系複合回路の実現
1.5UWB用InGaP/GaAs HBT MMIC超広帯域増幅器の群遅延補償
第19章半導体テラヘルツ波発生デバイスとその応用   尾内敏彦、関口亮太
1はじめに
2光励起型発生デバイス
2.1光伝導素子
2.2集積センサーチップ
3電流注入型発生デバイス
3.1テラヘルツ発振器
3.2共鳴トンネルダイオード発振器
第20章近接場光記録の最新技術  福田浩章
1はじめに
2近接場光を用いた高密度光記録
3微細積層構造を有する記録媒体と近接場光ヘッドに関する検討
4ナノ金属微細構造とその光学特性
5今後の展開

【第4編 作製】

第21章プラズモニック・メタマテリアル作製のための微細加工技術    杉本喜正、池田直樹
1はじめに
2アルミニウム薄膜を用いたプラズモン・カラー・フィルタのための微細加工
2.1プラズモン・カラー・フィルタの設計
2.2微細加工プロセス
2.3光学特性
3金属/誘電体積層構造メタマテリアルのための微細加工
3.1素子設計
3.2微細加工プロセス
3.3光学特性評価
4まとめ
第22章金属ナノ構造作製のためのインプリント技術   金森義明
1はじめに
2ナノインプリント技術
2.1熱ナノインプリント
2.1.1モールドの製作
2.1.2熱ナノインプリント
2.2光ナノインプリント
3金属ナノ構造の製作例
3.1ナノインプリントとドライエッチングによる製作
3.2ナノインプリントとリフトオフによる製作
3.2.1熱ナノインプリント方式
3.2.2光ナノインプリント方式
3.2.3光ナノインプリント(ソフトモールド)方式
3.2.4室温ナノインプリント方式
3.2.5Roll to Rollナノインプリントと金属蒸着による製作
3.3金属の直接ナノインプリントによる製作
3.4電気化学的ナノインプリントによる製作
3.5ナノインプリントと金属斜め蒸着による製作
3.6金属ナノ粒子のナノインプリントによる製作
3.7金属パターンの転写による製作
3.8ナノ・インスクライブによる製作
3.9三次元構造の製作
4おわりに
第23章3次元金属ナノ構造作製のための多光子技術   田中拓男
1はじめに
2光加工と3次元
3多光子過程を利用した3次元分解能の獲得
42光子重合と金属コーティング
52光子還元法
6おわりに
第24章メタマテリアルの自己組織的作製   藪 浩
1はじめに
2自己組織化により形成されるパターンと人工原子への応用
3金属ナノ粒子集積体のメタマテリアルへの応用
4ミクロ相分離構造を利用したメタマテリアルの創製
5まとめ



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