ブックタイトル実装技術5月号2021年特別編集版

概要

実装技術5月号2021年特別編集版

これあれ塾前田真一の最新実装技術連 載第122回 メタマテリアル1. メタマテリアル　最近、5G通信やさらなる次世代通信で、「メタマテリアル」が注目され始めています。　「メタマテリアル」とはあまり聞き慣れない言葉ですが、2000 年にアメリカのDr.R.Smithが発表した言葉で、まだ20 年の歴史しかない、新しい研究分野です。　メタ (meta-) はギリシャ語の「meta」から来た接頭語で、の「超越した」とか「高次」を意味します。　「メタボ」「メタ小説」「メタフィクション」「メタ知識」「メタ認知」などいろいろな言葉に「メタ」か付けられた造語がたくさんあります。　「メタマテリアル」も一般の物質を超えた「性質」をもつ「超物質」の意味で名付けられました。　具体的には、この「性質」は「電磁的な性質」を指します。　電磁波的な性質や検討は「光」から「ミリ波」「マイクロ波」果ては「伝送線路」の領域まで及びます。　　これら全ての領域で「メタマテリアル」の影響が及びます。　1968 年にロシアの Dr. ヴェセラゴが物質の誘電率と透磁率が「マイナスの値」になった場合、どのような現象が起きるのかを、考察しました。　もちろん、こんな物質は存在しないので、純粋に理論的な立場からの考察です。　しかし、2000 年にアメリカのDr. R.SmithがDr. ヴェセラゴが考察した現象を実証実験で実現させました。　具体的には、電磁波が大気（真空）からある加工を施した人工的な物質に伝搬する時、屈折率 n が「負」の値を取った現象を確認しました。この現象を発生させる物質を「メタマテリアル」と名付けました。　これは、大袈裟にいえば、これまでの相対性理論を覆す発表で、世界的なセンセーションを引き起こしました。　そして、その後、多くの研究者が追試験を行い、「誘電率」「透磁率」が「負」の値をもつ現象が確認されました。　光を含めた電磁波が異なる物質間を伝搬するときの屈折率 n は2つの物質間の比誘電率（ε）と比透磁率（μ）で決まります。　n＝√ε×√μ　誘電体では一般に非磁性体であり比透磁率μは「1」です。　つまり、電磁波の屈折率 n はほぼ比誘電率 ε だけで決まり　n＝√ε　となります。　これは、よくご存知の誘電率 ε の物質内での電磁波（光）の伝搬速度 σ は真空中の電磁波の伝搬速度 c とすると、　σ ＝ c／√ε　式の変型した式です。　この伝搬速度の違いが空気（真空）と物質の界面で屈折を発生させるわけです（図1）。　通常の誘電体物質では比誘電率は1より大きいので、屈折率は「1」以上の値となります。　電磁波を伝搬しない　金や銀をはじめとする、金属などは比誘電率がマイナスの値を取るものもあります。しかし、これらの物質は、電磁波を反射させたり、熱にエネルギー変換したりして、物質内部には電磁波は透過しません（図2）。　真空以外の誘電体間での電磁波の伝搬では、屈折率は両者の誘電率比になるので、屈図1　屈折図2　金属と電磁波図3　屈折率52