NIMS、鋭角でも散乱せずに電磁波を伝送できる「トポロジカルLC回路」を開発――電子デバイスの小型化に貢献

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実験に使われたマイクロストリップの写真 (左) と有効LC回路 (右)

物質・材料研究機構(NIMS)は2018年11月19日、直角や鋭角の経路でも電磁場が散乱を受けずに伝送される「蜂の巣状トポロジカルLC回路」の作製に成功したと発表した。

形状が変化してもそれに影響されない「トポロジカルな性質」は近年、光や電磁波などに応用できることが明らかになった。このため、散乱に強い光や電磁導波路の開発が期待されている。しかし、光や電磁波でトポロジカルな性質を実現するには、ジャイロ物質と呼ばれる特殊な物質に磁場を印加したり、複雑な構造が必要となる。既存のエレクトロニクスやフォトニクスの技術と融合するには、単純な物質と構造でトポロジカルな性質を実現することが求められていた。

NIMSでは2015年に、シリコン等誘導体の円柱を蜂の巣格子に組むことで、光、電磁波のトポロジカルな性質が実現することをすでに示していた。今回、高周波の電磁波を伝送するマイクロストリップという平坦な回路で、線状の金属箔が蜂の巣構造を持つように設計。蜂の巣構造上の六員環をつくる金属箔の線幅と、六員環をつなげる金属箔の線幅を異なるようにすることで、伝送される電磁波がトポロジカルな性質を持つことを理論的に見出した。

また、実際にマイクロストリップを作製して表面の電場を測定し、マイクロストリップ内部で一定の方向で電磁エネルギー渦巻きを作りながら伝搬するという、トポロジカル電磁波の性質の観察にも成功した。これにより、簡単な加工でトポロジカルな性質を持つ電磁波を伝送できることが実証された。

今回の研究によって、トポロジカル電磁伝送の鋭角や直角の経路から散乱を受けない性質を利用したコンパクトな電磁回路の開発が可能となった。これにより、携帯電話などをはじめとするさまざまな電子デバイスの小型化、高集積化が期待できるという。

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