在世界范围内，着眼于移动通信系统5G的下一代"6G"的研究和开发已经开始，并且明确表示将采用波长比5G的无线电波（毫米波）更短的太赫兹波。为此，需要透镜、棱镜和滤光片等光学元件来自由操纵太赫兹波。然而，在太赫兹区域，光学材料的选择较少，难以实现种类繁多的光学元件，有待开发易于加工且具有广泛折射率特性的新材料。 .
东北大学工学研究科研究生院金森义明教授和冈谷大辅副教授的团队，旨在实现一种可形成任意形状、具有任意折射率特性的太赫兹光学元件，以含超材料的粉末形式建立了太赫兹光学材料的新加工成型技术。该研究成果于 2022 年 2 月 28 日发表在 Nanophotonics 上。
超材料是由超精细结构组成的人工光学材料，作为突破传统电磁波操纵技术限制的创新人工结构而备受关注。在这项研究中，该研究团队在世界上首次成功开发了一种制造技术，该制造技术可以低成本大量提供可形成任何形状并具有任意折射率的三维块状超材料作为构件。
由于超材料单元结构在透明树脂中三维分散，不依赖于方向，因此消除了偏振依赖性，可以实现各向同性光学特性。超材料的单元结构可以是任何可以使用半导体微加工技术进行图案化的人造结构。
三维超材料可以形成任意形状的超材料单元结构，但是结构的厚度和方向受到限制，并且块体是各向同性地三维分散的。此外，超材料单元结构的形状受到自组织图案化和使用生物模板的制造方法的限制。
在这项研究中，该团队开发了一种真正的三维块体超材料制造技术，其中基于设计的任意形状的各种超材料在制造过程中不受厚度限制地进行三维各向同性分散。在太赫兹领域，它将成为实现可设计具有定制光学特性的创新新材料的基础技术。
开发的超材料可以作为粉末提供。将含有比太赫兹波波长小的数十～数百μm的超材料的树脂粉末搅拌到液态树脂中，使用模具使其固化，从而设计任意形状和超材料。根据上述方法制造具有折射率特性的光学材料（三维块状超材料）。
该团队以成型的方式成功生产了直径为12mm、厚度为1.6mm的3D块状超材料。由立方体粉末制成的三维块状超材料边长为 100 µm，包含具有典型超材料单元结构的开环谐振器。超材料在三个维度上随机分布。在 0.7 THz 附近将折射率改变了 0.135。
迄今为止开发的平面形成的超材料很难让用户像块状材料一样自由地进行二次加工。此外，由于难以获得超材料作为构件，因此需要先进的微细加工技术来制造超材料光学元件，这一直是社会实施的主要障碍。由于本次开发的超材料可以作为固体粉末材料供应，通过模具成型和切削等机械加工可以自由加工超材料以实现太赫兹光学元件，具有划时代的意义。利用这些优势，有望在6G通信技术、医疗、生物技术、农业、食品、环境、安全等广泛领域得到应用。
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