特開 2022-172810 共振器構造およびそれを用いたメタマテリアル

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022172810

(43)【公開日】2022-11-17

(54)【発明の名称】共振器構造およびそれを用いたメタマテリアル

(51)【国際特許分類】

   H01P 7/08 20060101AFI20221110BHJP

   H01P 1/00 20060101ALI20221110BHJP

【ＦＩ】

H01P7/08

H01P1/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021079047

(22)【出願日】2021-05-07

(71)【出願人】

【識別番号】304021417

【氏名又は名称】国立大学法人東京工業大学

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105924

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 賢樹

(74)【代理人】

【識別番号】100109047

【弁理士】

【氏名又は名称】村田 雄祐

(74)【代理人】

【識別番号】100109081

【弁理士】

【氏名又は名称】三木 友由

(74)【代理人】

【識別番号】100133215

【弁理士】

【氏名又は名称】真家 大樹

(72)【発明者】

【氏名】雨宮 智宏

(72)【発明者】

【氏名】高木 茉佑

【テーマコード（参考）】

5J006

5J011

【Ｆターム（参考）】

5J006HB03

5J006LA11

5J006MB01

5J011CA11

(57)【要約】

【課題】設計が容易な共振器構造を提供する。
【解決手段】共振器構造１００において、第１層１１０には、第１方向に離間し、第１方向と実質的に垂直な第２方向を長手として、第１配線要素のペア１１２ａ，１１２ｂが形成される。また第２層１２０には、第２方向に離間し、第１方向を長手として第２配線要素１２２ａ，１２２ｂが形成される。第１配線要素のペア１１２ａ，１１２ｂは、第２配線要素のペア１２２ａ，１１２ｂと交差する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１層に、第１方向に離間し、前記第１方向と実質的に垂直な第２方向を長手として形成される第１配線要素のペアと、
第２層に、前記第２方向に離間し、前記第１方向を長手として形成される第２配線要素のペアと、
を備え、
前記第１配線要素のペアが、前記第２配線要素のペアと交差していることを特徴とする共振器構造。

【請求項2】

前記第１配線要素のペアおよび前記第２配線要素のペアは、矩形であることを特徴とする請求項１に記載の共振器構造。

【請求項3】

前記第１配線要素のペアおよび前記第２配線要素のペアは、同じ寸法を有することを特徴とする請求項１または２に記載の共振器構造。

【請求項4】

前記第１配線要素のペアの間隔と、前記第２配線要素のペアの間隔は等しいことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の共振器構造。

【請求項5】

平面上に配列される請求項１から４のいずれかに記載の共振器構造を複数個、備え、
前記複数の共振器構造それぞれの、少なくとも前記第１配線要素のペアの間隔をパラメータとして、透磁率の分布が形成されることを特徴とするメタマテリアル。

【請求項6】

前記複数の共振器構造それぞれにおいて、前記第１配線要素のペアの間隔と前記第２配線要素のペアの間隔は等しいことを特徴とする請求項５に記載のメタマテリアル。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、メタマテリアルに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、自然界に存在しない物質の特性を示すメタマテリアルに注目が集まっている。物質の電磁気学的な性質は、誘電率εと透磁率μの組み合わせによって規定される。代表的なものとしては、負の透磁率と負の誘電率を実現すると、負の屈折率を実現できることが知られている。

【0003】

メタマテリアルは、対象とする波長よりも小さい構造（メタ原子という）によって、透磁率および誘電率を制御することで実現される。透磁率μの制御のために、メタ原子として、分割リング共振器（SRR:Split Ring Resonator）が利用される。ＳＲＲは、金属のリングに、ギャップを形成したものであり、ギャップ部分が容量Ｃ、金属部分がインダクタンスＬとなり、ＬＣ共振器を形成している。このＳＲＲを、入射電磁場の磁場が貫くと、電磁誘導により起電力が生じて、電流が流れ、この電流が磁気モーメントを生じさせる。このようにしてＳＲＲは、磁気的な応答を示す。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】国際公開第１３／１３３１７５号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ＬＣ共振器をメタマテリアルとして利用する場合、制御対象とする電磁波の周波数の近傍で、ＬＣ共振器の共振周波数を変化させることで、電磁波に対する透磁率を制御することができる。

【0006】

ここで一般に、ＬＣ共振回路の共振周波数は、
ｆ＝１／｛２π√（ＬＣ）｝
で表される。

【0007】

ＳＲＲでは、インダクタンスＬは、主として、ＳＲＲの金属リングの長さをパラメータとして設計することができ、キャパシタンスＣはギャップの面積をパラメータとして設計される。たとえば、金属リングの長さｌを長くすると、インダクタンスＬが大きくなり、共振周波数が低くなる。

【0008】

従来のＳＲＲでは、金属リングの長さｌをわずかに変化させただけで、共振周波数ｆが大きくシフトしてしまい、対象とする電磁波に対する透磁率を細かく制御することが難しい。

【0009】

透磁率を細かく制御したい場合には、インダクタンスＬを変化させると同時に、キャパシタＣを変化させる必要がある。つまり、金属リングの長さｌと、ギャップのサイズの両方を、設計パラメータとして、共振周波数ｆを設計する必要があり、その設計は非常に複雑となる。

【0010】

また、プロセスばらつきによって、配線やギャップの寸法がばらつくと、共振周波数がシフトし、透磁率が設計値から大きく逸脱してしまう。

【0011】

また、従来のＳＲＲは、Ｃ字型で構成される場合が多く、曲線部分を有し、あるいは非直角の部分を有していた。このような構成では、所望の透磁率を実現するためのＳＲＲの形状およびサイズの設計が非常に複雑となる。

【0012】

本開示はかかる状況においてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、設計が容易な共振器構造の提供にある。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本開示のある態様の共振器構造は、第１層に互いに離間して設けられ、第１方向に伸びる第１配線要素のペアと、第２層に互いに離間して設けられ、第１方向と実質的に垂直な第２方向に伸びる第２配線要素のペアと、を備える。第１配線要素のペアは、第２配線要素のペアと交差している。

【発明の効果】

【0014】

本開示のある態様によれば、交差する位置に応じて、共振周波数を高精度に制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】実施形態に係る共振器構造の斜視図である。

【図2】図２（ａ）、（ｂ）は、図１の共振器構造の平面図および断面図である。

【図3】共振器構造の動作を説明する図である。

【図4】共振器構造の等価回路図である。

【図5】比較技術に係る共振器構造を示す図である。

【図6】図５の共振器構造の磁気的特性の設計を説明する図である。

【図7】図５の共振器構造の磁気的特性の設計を説明する図である。

【図8】共振器構造の第１設計例を説明する図である。

【図9】図９（ａ）～（ｃ）は、共振器構造の電界分布のシミュレーション結果を示す図である。

【図10】第１設計例による共振器構造の共振周波数の制御の一例を示す図である。

【図11】図１１（ａ）、（ｂ）は、第１設計例による共振器構造の透磁率の制御を説明する図である。

【図12】第１設計例による共振器構造の共振周波数の制御の別の一例を示す図である。

【図13】図１３（ａ）、（ｂ）は、第１設計例による共振器構造の透磁率の制御を説明する図である。

【図14】第１設計例による共振器構造の共振周波数の制御の別の一例を示す図である。

【図15】図１５（ａ）、（ｂ）は、第１設計例による共振器構造の透磁率の制御を説明する図である。

【図16】共振器構造の第２設計例を説明する図である。

【図17】変形例１に係る共振器構造を示す図である。

【図18】変形例２に係る共振器構造を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

（実施形態の概要）
本開示のいくつかの例示的な実施形態の概要を説明する。この概要は、後述する詳細な説明の前置きとして、実施形態の基本的な理解を目的として、１つまたは複数の実施形態のいくつかの概念を簡略化して説明するものであり、発明あるいは開示の広さを限定するものではない。またこの概要は、考えられるすべての実施形態の包括的な概要ではなく、実施形態の欠くべからざる構成要素を限定するものではない。便宜上、「一実施形態」は、本明細書に開示するひとつの実施形態（実施例や変形例）または複数の実施形態（実施例や変形例）を指すものとして用いる場合がある。

【0017】

一実施形態において、共振器構造は、第１層に互いに離間して設けられ、第１方向に伸びる第１配線要素のペアと、第２層に互いに離間して設けられ、第１方向と実質的に垂直な第２方向に伸びる第２配線要素のペアと、を備える。第１配線要素のペアは、第２配線要素のペアと交差している。

【0018】

この構成では、４つの交点を含むリングの部分が、インダクタンスを形成し、第１配線要素のペアと第２配線要素のペアの間にキャパシタンスが形成される。第１配線要素のペアの間隔と、第２配線要素のペアの間隔を変化させることで、交点の位置を制御することができ、インダクタンスとキャパシタンスを同時に、かつ逆極性で制御することができる。つまり、インダクタンスの増加（または減小）の一部分が、キャパシタンスの減小（または増加）によってキャンセルされるため、共振周波数を細かく制御することが可能となる。

【0019】

第１配線要素のペアおよび第２配線要素のペアは、矩形であってもよい。これにより曲線部分が存在しなくなるため、設計が容易となる。

【0020】

第１配線要素のペアの寸法は等しく、第２配線要素のペアの寸法は等しくてもよい。さらに、第１配線要素のペアと、第２配線要素のペアは、すべて同じ寸法を有してもよい。これにより設計が容易となる。

【0021】

第１配線要素のペアの間隔と、第２配線要素のペアの間隔は等しくてもよい。これによりさらに設計が容易となる。なお、第１配線要素のペアの間隔と、第２配線要素のペアの間隔は、独立変数として設計してもよい。

【0022】

一実施形態に係るメタマテリアルは、平面上に配列される共振器構造を複数個、備えてもよい。複数の共振器構造それぞれの、少なくとも第１配線要素のペアの間隔をパラメータとして、透磁率の分布が形成されてもよい。

【0023】

複数の共振器構造それぞれにおいて、第１配線要素のペアの間隔と第２配線要素のペアの間隔は等しくてもよい。

【0024】

（実施形態）
以下、実施形態についていくつかの図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。

【0025】

図１は、実施形態に係る共振器構造１００の斜視図である。この共振器構造は、メタマテリアルのメタ原子として利用することができ、主として、透磁率の制御に利用される。共振器構造１００は、少なくとも第１層１１０と第２層１２０を含む２層の配線層を有し、第１層１１０と第２層１２０の間には、絶縁層１３０が挿入される。第１層１１０には、第１配線要素のペア１１２ａ，１１２ｂが形成され、第２層１２０には、第２配線要素のペア１２２ａ，１２２ｂが形成されている。

【0026】

図２（ａ）、（ｂ）は、図１の共振器構造１００の平面図および断面図である。第１配線要素のペア１１２ａ，１１２ｂは、第１方向（図中、ｘ方向）に離間し、第１方向（ｘ方向）と実質的に垂直な第２方向（図中、ｙ方向）を長手として形成される。第１配線要素のペア１１２ａ，１１２ｂは、図中、上から見たときに矩形状であり、平行に形成することが好ましい。

【0027】

第２配線要素のペア１２２ａ，１２２ｂは、第２方向（ｙ方向）に離間し、第１方向（ｘ方向）を長手として形成される。第２配線要素のペア１２２ａ，１２２ｂは、図中、上から見たときに矩形状であり、平行に形成することが好ましい。

【0028】

第１配線要素のペア１１２ａ、１１２ｂは、第２配線要素のペア１２２ａ，１１２ｂと交差しており、井桁構造をなしている。

【0029】

以上が共振器構造１００の基本構成である。続いて、共振器構造１００の動作原理を説明する。

【0030】

図３は、共振器構造１００の動作を説明する図である。第１配線要素１１２ａと第２配線要素１２２ａのオーバーラップ領域を、第１クロスセクションＣＳ１と称する。第１配線要素１１２ａと第２配線要素１２２ｂのオーバーラップ領域を、第２クロスセクションＣＳ２と称する。第１配線要素１１２ｂと第２配線要素１２２ｂのオーバーラップ領域を、第３クロスセクションＣＳ３と称する。第１配線要素１１２ｂと第２配線要素１２２ａのオーバーラップ領域を、第４クロスセクションＣＳ４と称する。

【0031】

第１配線要素１１２ａのうち、第１クロスセクションＣＳ１と第２クロスセクションＣＳ２の間の部分は、インダクタンスＬ２を有する。第２配線要素１２２ｂのうち、第２クロスセクションＣＳ２と第３クロスセクションＣＳ３の間の部分は、インダクタンスＬ３を有する。第１配線要素１１２ｂのうち、第３クロスセクションＣＳ３と第４クロスセクションＣＳ４の間の部分は、インダクタンスＬ４を有する。第２配線要素１２２ａのうち、第４クロスセクションＣＳ４と第１クロスセクションＣＳ１の間の部分は、インダクタンスＬ１を有する。

【0032】

また、各クロスセクションＣＳ１～ＣＳ４を含むコーナー領域１４１～１４４では、オーバーラップする第１配線要素１１２＃と第２配線要素１２２＃（＃＝ａ，ｂ）の間に、寄生容量Ｃ１～Ｃ４が形成される。具体的には、コーナー領域１４２では、第１配線要素１１２ａと第２配線要素１２２ｂの間に、キャパシタンスＣ２が形成され、コーナー領域１４３では、第１配線要素１１２ｂと第２配線要素１２２ｂの間に、キャパシタンスＣ３が形成される。同様にして、コーナー領域１４１では、第１配線要素１１２ａと第２配線要素１２２ａの間に、キャパシタンスＣ１（図３に不図示）が形成され、コーナー領域１４４では、第１配線要素１１２ｂと第２配線要素１２２ａの間に、キャパシタンスＣ４（不図示）が形成される。

【0033】

図４は、共振器構造１００の等価回路図である。共振器構造１００は、インダクタンスＬ１～Ｌ４およびキャパシタンスＣ１～Ｃ４が交互に直列に接続されたＬＣ直列共振回路とみなすことができる。インダクタンスＬ１～Ｌ４は、クロスセクションとクロスセクションの距離に応じて設計することができ、またキャパシタンスＣ１～Ｃ４は、クロスセクションを含むコーナー領域１４１～１４４の面積に応じて設計することができる。

【0034】

この共振器構造１００は、従来のＣ字型のＳＲＲと異なり、直線要素のみで構成され、さらにすべての要素が、直交している。したがって、従来のＣ型のＳＲＲに比べて構造がシンプルであり、共振周波数、ひいては透磁率の設計が容易であるという利点を有する。

【0035】

（比較技術）
共振器構造１００の利点は、比較技術との対比によって一層明確となる。そこで先に、比較技術について説明する。

【0036】

図５は、比較技術に係る共振器構造２００を示す図である。なお、この比較技術を公知技術と認定してはならない。この共振器構造２００は、４分割のＳＲＲを、直線のみで構成したものであり、同一の層に形成される４つの配線要素２０２ａ～２０２ｄと、４つのギャップ２０４ａ～２０４ｄを含む。主に配線要素２０２ａ～２０２ｄがインダクタンスとして、ギャップ２０４ａ～２０４ｄがキャパシタンスを形成する。共振器構造２００の等価回路図は、図４と同じである。

【0037】

（２００ＴＨｚ）
図６は、図５の共振器構造の磁気的特性の設計を説明する図である。対象周波数は２００ＴＨｚとしており、配線材料には金を用いている。配線要素２０２ａ～２０２ｄの幅ｗを３０ｎｍに、ギャップ長ｄを３０ｎｍに、配線の厚みｔを３０ｎｍに固定している。配線要素２０２ａ～２０２ｄの長さｌをパラメータとして１６５ｎｍ～１９５ｎｍの範囲で変化させている。この場合、長さｌに応じて、インダクタンスＬ１～Ｌ４のみが変化するが、ギャップ長ｄおよび配線幅ｗは一定であるから、キャパシタンスＣ１～Ｃ４は実質的に不変である。したがって、長さｌを５ｎｍ変化させると、共振周波数ｆはおよそ５ＴＨｚ変化する。つまり、長さｌの単位変化に対する共振周波数ｆのシフト量は、５ＴＨｚ／５ｎｍ＝１ＴＨｚ／ｎｍとなる。寸法変化に対する透磁率の変化量が大きすぎて（感度が高すぎて）、透磁率を精細に制御することが難しい。

【0038】

（３２０ＴＨｚ）
図７は、図５の共振器構造の磁気的特性の設計を説明する図である。対象周波数は３２０ＴＨｚとしており、配線材料には金を用いている。配線要素２０２ａ～２０２ｄの幅ｗを３０ｎｍに、ギャップ長ｄを３０ｎｍに、配線の厚みｔを３０ｎｍに固定している。配線要素２０２ａ～２０２ｄの長さｌをパラメータとして８０ｎｍ～１００ｎｍの範囲で変化させている。この場合、長さｌを５ｎｍ変化させると、共振周波数ｆはおよそ１３ＴＨｚ変化する。つまり、長さｌの単位変化に対する共振周波数ｆのシフト量は、１３ＴＨｚ／５ｎｍ＝２．６ＴＨｚ／ｎｍとなり、寸法変化に対する透磁率の変化量が大きすぎて（感度が高すぎて）、透磁率を精細に制御することが難しい。

【0039】

続いて、実施形態に係る共振器構造１００における電磁的特性の設計の具体的な手法を説明する。

【0040】

（第１設計例）
図８は、共振器構造１００の第１設計例を説明する図である。この設計例では、すべての配線要素１１２ａ，１１２ｂ，１２２ａ，１２２ｂが同寸法の矩形であり、同じ幅Ｗと同じ長さＬを有している。第１設計例では、第１配線要素のペア１１２ａ，１１２ｂの間隔ｄ_１と第２配線要素のペア１２２ａ，１２２ｂの間隔ｄ_２が等しいという制約条件（ｄ_１＝ｄ_２＝ｄ）のもと、間隔ｄをパラメータとして、共振器構造１００の電磁的特性が設計される。

【0041】

第１配線要素のペア１１２ａ，１１２ｂは、それぞれの中点において、ｘ軸と交差するように配置される。同様に第２配線要素のペア１２２ａ，１２２ｂは、それぞれの中点において、ｙ軸と交差するように配置される。

【0042】

以下、第１設計例による共振器構造１００の電磁的特性の設計のシミュレーション結果を説明する。

【0043】

図９（ａ）～（ｃ）は、共振器構造１００の電界分布のシミュレーション結果を示す図である。濃淡は、ｚ軸方向の電界強度を示している。コーナー領域１４１～１４４に対応する部分において、紙面垂直方向（ｚ軸方向）の電界が強くなっており、キャパシタンスが形成されていることが分かる。

【0044】

間隔ｄを減小させると、インダクタンスＬ１～Ｌ４に寄与する部分の長さが短くなるから、インダクタンスＬ１～Ｌ４は減小する。一方で、間隔ｄを減少させると、コーナー領域１４１～１４４の面積は増大するから、キャパシタンスＣ１～Ｃ４は増大する。つまり、間隔ｄに対して、インダクタンスＬ１～Ｌ４と、キャパシタンスＣ１～Ｃ４が逆極性で変化することが分かる。共振周波数ｆは、
ｆ＝１／｛２π√（ＬＣ）｝
で与えられるところ、Ｌの変化量と、Ｃの変化量が不完全に打ち消し合い、残った変化が、共振周波数ｆを変化させる。したがって、Ｌのみ、あるいはＣのみを変化させる場合に比べて、共振周波数の変化が小さくなる。

【0045】

（２００ＴＨｚ）
図１０は、第１設計例による共振器構造１００の共振周波数の制御の一例を示す図である。ここでは２００Ｔｚ近傍の電磁波を制御対象とし、配線材料には金を用いている。Ｌ＝１８０ｎｍ、Ｗ＝３０ｎｍとしており、配線の厚みｔは３０ｎｍであり、第１層１１０と第２層１２０の距離（絶縁層の高さ）は３０ｎｍ、絶縁層の誘電率を１．５としている。図１０の横軸は周波数を、縦軸はＳパラメータのＳ２１成分（透過特性）を示している。配線要素のペアの間隔ｄは、９０ｎｍ～１２０ｎｍの間を、５ｎｍ間隔で変化させている。

【0046】

この設計例では、配線要素のペアの間隔ｄを３０ｎｍ変化させたときの、共振周波数ｆのシフト幅は２．５ＴＨｚであり、変化量１ｎｍ当たりのシフト量（感度）は、２．５ＴＨｚ／３０ｎｍ＝０．０８ＴＨｚ／ｎｍである。これは、比較技術を２００ＴＨｚターゲットで設計した場合の感度１ＴＨｚ／ｎｍに比べて１／１０以下となっている。特定の周波数１．９５ＴＨｚに着目すると、Ｓ２１成分は、１ｄＢから－９ｄＢの範囲で良好に制御できていることが分かる。

【0047】

図１１（ａ）、（ｂ）は、第１設計例による共振器構造１００の透磁率の制御を説明する図である。図１１（ａ）の横軸は周波数を、縦軸は透磁率の実部を示しており、図１１（ｂ）の横軸は、間隔ｄを、縦軸は透磁率の実部を示す。間隔ｄを９０ｎｍから１２０ｎｍまで増大させると、透磁率の実部を、０．４５から０．１の範囲で、細かく制御することができる。

【0048】

（３２０ＴＨｚ）
図１２は、第１設計例による共振器構造１００の共振周波数の制御の別の一例を示す図である。ここでは３２０Ｔｚ近傍の電磁波を制御対象とし、配線材料には金を用いている。Ｌ＝１００ｎｍ、Ｗ＝３０ｎｍとしている。また、配線の厚みは３０ｎｍであり、第１層１１０と第２層１２０の距離（絶縁層の高さ）は４０ｎｍ、絶縁層の誘電率を１．５としている。図１２の横軸は周波数を、縦軸はＳパラメータのＳ２１成分（透過特性）を示している。配線要素のペアの間隔ｄは、２４ｎｍ～４０ｎｍの間を、４ｎｍ間隔で変化させている。

【0049】

この設計例では、配線要素のペアの間隔ｄを１６ｎｍ変化させたときの、共振周波数ｆのシフト幅は１１ＴＨｚであり、変化量１ｎｍ当たりのシフト量（感度）は、１１ＴＨｚ／１６ｎｍ＝０．７ＴＨｚ／ｎｍである。これは、比較技術を３２０ＴＨｚターゲットで設計した場合の感度２．６ＴＨｚ／ｎｍに比べて１／３以下となっている。

【0050】

図１３（ａ）、（ｂ）は、第１設計例による共振器構造１００の透磁率の制御を説明する図である。図１３（ａ）の横軸は周波数を、縦軸は透磁率の実部を示しており、図１３（ｂ）の横軸は、間隔ｄを、縦軸は透磁率の実部を示す。

【0051】

３１６ＴＨｚに着目すると、間隔ｄを２０ｎｍから４０ｎｍまで増大させると、透磁率の実部を、０．４５から０．１の範囲で、細かく制御することができる。

【0052】

（３２０ＴＨｚ）
図１４は、第１設計例による共振器構造１００の共振周波数の制御の別の一例を示す図である。ここでは４２５Ｔｚ近傍の電磁波を制御対象とし、配線材料には銀を用いている。Ｌ＝１５５ｎｍ、Ｗ＝３０ｎｍとしており、配線の厚みは３０ｎｍ、第１層１１０と第２層１２０の距離（絶縁層の高さ）は、６０ｎｍ、絶縁層の誘電率を１．５としている。図１２の横軸は周波数を、縦軸はＳパラメータのＳ２１成分（透過特性）を示している。配線要素のペアの間隔ｄは、３０ｎｍ～９５ｎｍの間を、５ｎｍ間隔で変化させている。

【0053】

この設計例では、配線要素のペアの間隔ｄを５０ｎｍ変化させたときの、共振周波数ｆのシフト幅は２５ＴＨｚであり、変化量１ｎｍ当たりのシフト量（感度）は、２５ＴＨｚ／５０ｎｍ＝０．５ＴＨｚ／ｎｍである。

【0054】

図１５（ａ）、（ｂ）は、第１設計例による共振器構造１００の透磁率の制御を説明する図である。図１５（ａ）の横軸は周波数を、縦軸は透磁率の実部を示しており、図１５（ｂ）の横軸は、間隔ｄを、縦軸は透磁率の実部を示す。

【0055】

４１０ＴＨｚに着目すると、間隔ｄを３０ｎｍから９５ｎｍまで増大させると、透磁率の実部を、０．７５から０の範囲で、細かく制御することができる。

【0056】

（第２設計例）
図１６は、共振器構造１００の第２設計例を説明する図である。第２設計例では、第１設計例と同様に、すべての配線要素１１２ａ，１１２ｂ，１２２ａ，１２２ｂが同寸法の矩形であり、同じ幅Ｗと同じ長さＬを有している。第１設計例との違いは、第１配線要素のペア１１２ａ，１１２ｂの間隔ｄ_１と第２配線要素のペア１２２ａ，１２２ｂの間隔ｄ_２が独立に設計可能である点である。第２設計例では、第１設計例に比べて設計の複雑さは増大する場合もあるが、透磁率などの電磁的特性をより細かく制御することが可能となる。

【0057】

続いて共振器構造１００の変形例を説明する。

【0058】

（変形例１）
図１７は、変形例１に係る共振器構造１００Ａを示す図である。第１配線要素のペア１１２ａ，１１２ｂと、第２配線要素のペア１２２ａ，１２２ｂのサイズは異なっていてもよい。たとえば、第１配線要素のペア１１２ａ，１１２ｂの幅Ｗ_１と、第２配線要素のペア１２２ａ，１２２ｂの幅Ｗ_２は異なっていてもよい（Ｗ_１≠Ｗ_２）。また、第１配線要素のペア１１２ａ，１１２ｂの長さＬ_１と、第２配線要素のペア１２２ａ，１２２ｂの長さＬ_２は異なっていてもよい（Ｌ_１≠Ｌ_２）。

【0059】

（変形例２）
第１配線要素、第２配線要素の形状は、矩形には限定されず、コーナーが丸みを帯びていてもよい。あるいはそれらの一部あるいは全部が曲線で構成されてもよい。

【0060】

最後に共振器構造１００を備えるメタマテリアル３００について説明する。図１８は、メタマテリアル３００を示す図である。メタマテリアル３００は、上述の共振器構造１００が二次元的に配列された構造を有する。メタマテリアル３００には、共振器構造１０に付随して、誘電率を制御する構造体（不図示）が形成されている。なお、二次元的な配列を積層することで、三次元的な配列を形成してもよい。複数の共振器構造１００それぞれにおいて、寸法を適切に設計することにより、ある周波数の電磁波に対して、任意の透磁率の分布を形成することができる。

【符号の説明】

【0061】

１００ 共振器構造
１１０ 第１層
１１２ 第１配線要素
１２０ 第２層
１２２ 第２配線要素
３００ メタマテリアル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】