2024年 | プレスリリース?研究成果
メタマテリアルで6G通信向け周波数チューナブルフィルタを開発 - 環境やセキュリティなどテラヘルツ波を使う様々な産業分野での活用にも期待 -
【本学研究者情报】
〇大学院工学研究科ロボティクス専攻
教授 金森 義明
【発表のポイント】
- 次世代の第6世代移动通信システム（6骋）（注1）通信帯で利用できる周波数のチューナブルフィルタ（注2）を开発しました。
- シリコン製の机械式屈折率可変メタマテリアル（注3）をファブリペロー共振器（注4）内に搭载することで优れた光学特性（高透过率）と机械特性（机械的信頼性）を兼ね备えています。
- 6骋をはじめ、医疗?バイオ?农业?食品?环境?セキュリティなど幅広い分野での応用が期待されます。
【概要】
世界ではすでに第5世代移动通信システム（5G）（注5）の次の世代「6G」を见据えた研究开発が始まっており、5G用の电波（ミリ波）よりさらに波长が短いテラヘルツ波（注6）が使用されることが明示されています。6Gでは0.3テラヘルツ（THz）近傍の周波数帯の电波が用いられることが想定されており、不要な周波数の电波を除去して特定周波数の电波を通过させるフィルタが必要となります。近年、6G用周波数チューナブルフィルタの开発が进んでいます。
东北大学大学院工学研究科ロボティクス専攻の金森义明教授らの研究グループは、シリコン製のサブ波长格子（注7）で構成される機械式の屈折率可変メタマテリアルを新たに開発し、ファブリペロー共振器内の屈折率を制御することにより、狙った周波数域の電波を通過させる周波数チューナブルフィルタを开発しました。開発したフィルタは、シリコン半導体微細加工技術を用いて作られるため、機械的信頼性と小型?量産性に優れています。
本技术は、将来的にはテラヘルツ波を利用するスキャニングやイメージングへの応用展开が期待でき、医疗?バイオ?农业?食品?环境?セキュリティなど幅広い分野での活用が期待されます。2022年に设置した国内初のメタマテリアルを専门とする研究センター「メタマテリアル研究革新拠点」（注8）を基盘に実装化に向け、研究をさらに加速させていきます。
本研究成果は、2024年2月9日付で、米国光学会誌 Optics Lettersに掲载されました。
図1. 開発したチューナブルフィルタの断面模式図。
【用语解説】
注1. 第6世代移動通信システム（6G）：
現行の携帯電話で使われている 4G、5Gに続く無線通信システム。2030年代の商用化が見込まれている。通信速度は5G の10 倍以上の毎秒 100ギガビット級（ギガは10億）が想定されている。高解像度の3D映像を触覚情報などと合わせてリアルタイムで送受信できるようになる。医療分野では遠隔での治療や診察、教育分野では臨場感のあるリモート授業が実現する。
注2. チューナブルフィルタ：
周波数特性を変えることができるフィルタ。通信システムでは、例えば使用する电波の周波数帯域が広く一般的な周波数固定のフィルタでは対応できない时に必要となる。
注3. メタマテリアル：
制御の対象とする电磁波の波长より小さな単位构造で构成され、自然界にはないような电磁波応答を示す人工光学物质。空间的な局在电场モード（光の状态密度）を自在に设计し得る最小の光共振器とも言え、电磁波の応答特性は主にメタマテリアルの形状で决まる。光共振器の设计次第で実効的な屈折率を自在に制御できる。要求に応じた屈折率を持つ光学材料を设计に基づき人工的に実现でき、负の屈折率、透明マント（クローキング）、完全レンズなどの実现可能性が示されている。
注4. ファブリペロー共振器：
高い反射率を持つ2枚の板を向かい合わせた构造で、共振器内で起こる电波の干渉を利用して特定周波数の电波のみを透过させる。
注5. 第5世代移動通信システム（5G）：
2020年3月からサービスが开始された、一世代前の4骋と并ぶ现行の通信规格。4骋と比较して、高速大容量、多数同时接続、超低遅延といった特徴がある。さまざまな电子机器がネットワークに接続されるようになる。
注6. テラヘルツ波：
光波（赤外线）と电波（ミリ波）の中间にあたる帯域の电磁波で波长は约10μ尘（周波数30罢贬锄）から约1尘尘（周波数300骋贬锄）。赤外线のように検査?分析に用いる他、波长约10尘尘（30骋贬锄）から约10肠尘（周波数3骋贬锄）のマイクロ波を用いる现在の通信（5骋）に続く次世代通信（6骋）用の电磁波として期待されている。
注7. サブ波長格子：
制御対象とする入射波长よりも小さな周期构造で构成される构造体。制御対象とする入射波长よりも小さい周期构造は、ある屈折率を持つ一様な媒质と等価であり、その屈折率は构造やそれを构成する物质の屈折率で决まる。构造を人工的に制御することによりサブ波长格子の等価屈折率を変化させることができる。
注8. 研究センター「メタマテリアル研究革新拠点」：
2022年6月1日設置。拠点長は东北大学大学院工学研究科 教授 金森義明。
问い合わせ先
（研究に関すること）
东北大学大学院工学研究科
教授 金森义明
TEL: 022-795-4893
Email: ykanamori*tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）
（报道に関すること）
东北大学大学院工学研究科 情報広報室
担当 沼泽みどり
TEL: 022-795-5898
Email: eng-pr*grp.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）
