利用報告書 / User's Report | ARIM Japan公式ホームページ_マテリアル先端リサーチインフラ

【公開日：2023.08.01】【最終更新日：2023.05.19】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

22KT1155

利用課題名 / Title

メタサーフェスミラーの開発

利用した実施機関 / Support Institute

京都大学

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）マルチマテリアル化技術・次世代高分子マテリアル/Multi-material technologies / Next-generation high-molecular materials（副 / Sub）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions

キーワード / Keywords

リソグラフィ・露光・描画装置,膜加工・エッチング,リソグラフィ/Lithography,膜加工・エッチング/Film processing and Etching,EB,フォトニクス/ Photonics,3D積層技術/ 3D lamination technology

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

武田和行

所属名 / Affiliation

京都大学大学院理学研究科

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

江崎裕子

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

KT-101：高速高精度電子ビーム描画装置
 KT-210：ドライエッチング装置

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

ラジオ周波数電気信号を光に上方変換するためのオプトエレクトロメカニカルデバイス応用には、損失の少ない薄膜ミラーが必要となる。昨年度に引き続き京都大学ナノテクノロジーハブ拠点の設備を利用し、SiN薄膜に周期的に微細な穴を空けて低損失なメタサーフェス鏡を開発した。この研究開発は、核磁気共鳴(Nuclear Magnetic Resonance: NMR)および時期共鳴画像診断(Magnetic Resonance Imaging: MRI)のラジオ周波数領域の電気信号を光へと情報変換する研究への応用を意図している。

実験 / Experimental

Norcada製SiN薄膜にレジストを塗布し、電子ビームにより、周期的に円を描画した。薄膜のサイズは1 mm x 1 mm、厚み200 nm。描画する円のサイズやピッチがミラーの波長依存性が変化する。1050 nm付近で反射率が最大となるように、円の半径を290nm、ピッチは830 nmに設定して、一辺300 umの正方形領域にパターンを描画した。現像処理をしたのちにCF4ドライエッチングを行って描画箇所に周期的に穴を作成した（Fig. 1）。

結果と考察 / Results and Discussion

作成したメタサーフェスミラーを研究室に持ち帰り、波長可変レーザーを用いて、反射率を測定し、性能を確認した。さらに研究室で、真空蒸着の追加工を行い、ラジオ周波数―光変換モジュールを制作した。4.7 Tの磁場中で50 MHz帯域の信号を発する炭素13核のNMR信号を光変換することに成功した。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

Fig. 1. An optical microscope image of a metasurface mirror fabricated on a SiN membrane.

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

・プレスリリース：京都大学 (2022.4.27)：核磁気共鳴のレーザー検出器の小型化に成功 ---量子技術による化学分析の道を開拓---https://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research-news/2022-04-27-4

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

Yusuke Tominaga, An electro-mechano-optical NMR probe for ¹H–¹³C double resonance in a superconducting magnet, The Analyst, 147, 1847-1852(2022).
DOI: 10.1039/D2AN00220E

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

(1) K. Takeda, Up-conversion of Radio-frequency NMR Signals to Light via a Membrane Transducer, The 61st Annual Rocky Mountain Conference on Magnetic Resonance, Copper Mountain, CO, USA 2022.7.28 (Invited Talk).

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件