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固有ジョセフソン接合系の同期メカニズム解明とコヒーレントテラヘルツ光源への応用

Research Project

Project/Area Number 13J04811
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Microdevices/Nanodevices
Research InstitutionUniversity of Tsukuba (2015)
Kyoto University (2013-2014)

Principal Investigator

辻本 学  筑波大学, 数理物質系, 助教

Project Period (FY) 2013-04-01 – 2016-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2015)
Budget Amount *help
¥9,420,000 (Direct Cost: ¥7,800,000、Indirect Cost: ¥1,620,000)
Fiscal Year 2015: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Fiscal Year 2014: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2013: ¥2,400,000 (Direct Cost: ¥2,400,000)
Keywords高温超伝導体 / 固有ジョセフソン接合 / ジョセフソン効果 / テラヘルツ波 / テラヘルツ光源 / 超伝導 / 銅酸化物高温超伝導体 / テラヘルツ / 連続光源 / ビスマス系高温超伝導体 / 単結晶 / テラヘルツイメージング
Outline of Annual Research Achievements

銅酸化物高温超伝導体の固有ジョセフソン接合を使った小型コヒーレントテラヘルツ光源の実現に向けて、固有ジョセフソン接合系の位相同期メカニズム解明に臨んだ。利便性の高いテラヘルツ光源の実現は、材料科学、生命科学、環境科学、医療、薬学など、幅広い分野の発展促進につながる。
本年度は主に次に挙げた2つの課題に着手した:(1)元素置換技法を用いた周波数特性の改善、および(2)電磁界シミュレータを使った空洞共振モード同定手法の確立である。(1)では、構成元素の一部を鉛に置換した高温超伝導体単結晶を用いて初めてテラヘルツ発振に成功した。鉛置換で大型単結晶の育成が容易になることは工業的な利点である。発生したテラヘルツ波の周波数をFT-IR分光で調べたところ、置換による実効的な屈折率変化が約80%の高周波発振を引き起こすことがわかった。元素置換技法は材料研究の観点からも画期的であり、今後鉛以外の元素を導入することでさらなる素子性能の多様化が期待できる。(2)の研究では、テラヘルツ波の強度および偏波特性はバイアス掃引によって自在に制御できることを示し、光源の設計指針として重要な知見を得ることができた。
研究成果は、英国物理学会のSuperconductor Science and Technology誌および米国光学会のOptics Express誌に筆頭論文として掲載されている。国内の学術雑誌においては解説記事1編が掲載された。国際学会では1件の口頭発表、国内学会では4件の口頭発表と1件のポスター発表を行った。光源のパッケージ化技術に関する発明では1件の特許出願を行った。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2015 Annual Research Report
  • 2014 Annual Research Report
  • 2013 Annual Research Report
  • Research Products

    (39 results)

All 2016 2015 2014 2013 Other

All Journal Article (10 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 10 results,  Open Access: 4 results,  Acknowledgement Compliant: 3 results) Presentation (26 results) (of which Invited: 4 results) Remarks (2 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Cavity mode identification for coherent terahertz emission from high-Tc superconductors2016

    • Author(s)
      M. Tsujimoto, I. Kakeya, T. Kashiwagi, H. Minami, and K. Kadowaki
    • Journal Title

      Optics Express

      Volume: 24 Issue: 5 Pages: 4591-4599

    • DOI

      10.1364/oe.24.004591

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] A high- Tc intrinsic Josephson junction emitter tunable from 0.5 to 2.4 terahertz2015

    • Author(s)
      T. Kashiwagi, K. Sakamoto, H. Kubo, Y. Shibano, T. Enomoto, T. Kitamura, K. Asanuma, T. Yasui, C. Watanabe, K. Nakade, Y. Saiwai, T. Katsuragawa, M. Tsujimoto, R. Yoshizaki, T. Yamamoto, H. Minami, R. A. Klemm, and K. Kadowaki
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 107 Issue: 8

    • DOI

      10.1063/1.4929715

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Terahertz emission from a stack of intrinsic Josephson junctions in Pb-doped Bi2Sr2CaCu2O8+δ2015

    • Author(s)
      M. Tsujimoto, Y. Maeda, H. Kambara, A. Elarabi, Y. Yoshioka, Y. Nakagawa, Y. Wen, T. Doi, H. Saito, and I. Kakeya
    • Journal Title

      Superconductor Science and Technology

      Volume: 28 Issue: 10 Pages: 105015-105015

    • DOI

      10.1088/0953-2048/28/10/105015

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Efficient Fabrication of Intrinsic-Josephson-Junction Terahertz Oscillators with Greatly Reduced Self-Heating Effects2015

    • Author(s)
      T. Kashiwagi, T. Yamamoto, H. Minami, M. Tsujimoto, R. Yoshizaki, K. Delfanazari, T. Kitamura, C. Watanabe, K. Nakade, T. Yasui, K. Asanuma, Y. Saiwai, Y. Shibano, T. Enomoto, H. Kubo, K. Sakamoto, T. Katsuragawa, B. Markovic, J. Mirkovic, R. A. Klemm, and K. Kadowaki
    • Journal Title

      Physical Review Applied

      Volume: 4 Issue: 5

    • DOI

      10.1103/physrevapplied.4.054018

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] 高温超伝導体からのコヒーレントな連続テラヘルツ波の発生2015

    • Author(s)
      辻本学
    • Journal Title

      京都大学低温物質科学研究センター誌

      Volume: 27 Pages: 10-18

    • NAID

      120005825913

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Dynamic control of temperature distributions in stacks of intrinsic Josephson junctions in Bi2Sr2CaCu2O8+δ for intense terahertz radiation2014

    • Author(s)
      M. Tsujimoto, H. Kambara, Y. Maeda, Y. Yoshioka, Y. Nakagawa, and I. Kakeya
    • Journal Title

      Phys. Rev. Applied

      Volume: 2 Issue: 4

    • DOI

      10.1103/physrevapplied.2.044016

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      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Imaging of local temperature distributions in mesas of high-Tc superconducting terahertz sources2014

    • Author(s)
      M. Tsujimoto, H. Kambara, Y. Maeda, Y. Yoshioka, Y. Nakagawa, and I. Kakeya
    • Journal Title

      J. Phys.: Conf. Ser.

      Volume: 568 Issue: 2 Pages: 022048-022048

    • DOI

      10.1088/1742-6596/568/2/022048

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Computed tomography image using sub-terahertz waves generated from a high-T_c superconducting intrinsic Josephson junction oscillator2014

    • Author(s)
      T. Kashiwagi, K. Nakade, Y. Saiwai, H. Minami, T. Kitamura, C. Watanabe, K. Ishida, S. Sekimoto, K. Asanuma, T. Yasui, Y. Shibano, M. Tsujimoto, T. Yamamoto, B. Markovic, J. Mirkovic, R. A. Klemm, and K. Kadowaki
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 104 Issue: 8

    • DOI

      10.1063/1.4866898

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      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Reflection type of terahertz imaging system using a high-T_(c) superconducting oscillator2014

    • Author(s)
      T. Kashiwagi, K. Nakade, B. Markovic, Y. Saiwai, H. Minami, T. Kitamura, C. Watanabe, K. Ishida, S. Sekimoto, K. Asanuma, T. Yasui, Y. Shibano, M. Tsujimoto, T. Yamamoto, J. Mirkovic, and K. Kadowaki
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 104 Issue: 2

    • DOI

      10.1063/1.4861602

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      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Terahertz Oscillating Devices Based Upon the Intrinsic Josephson Junctions in a High Temperature Superconductor2014

    • Author(s)
      K. Delfanazari, H. Asai, M. Tsuiimoto, T. Kashiwagi, T. Kitamura, K. Ishida, C. Watanabe, S. Sekimoto, T. Yamamoto. H. Minami, M. Tachiki, R. A. Klemm, T. Hattori, and K. Kadowaki
    • Journal Title

      Journal of Infrared, Millimeter and Terahertz Waves

      Volume: 35 Issue: 1 Pages: 131-146

    • DOI

      10.1007/s10762-013-0027-y

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Bi-2223固有ジョセフソン接合を使ったテラヘルツ発振の検証2016

    • Author(s)
      辻本学,斉藤寛,土居卓司,温一凡,Asem Elarabi,掛谷一弘,足立伸太郎,渡辺孝夫
    • Organizer
      日本物理学会第71回年次大会
    • Place of Presentation
      東北学院大学(宮城県仙台市)
    • Year and Date
      2016-03-22
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 高廃熱構造を用いた固有ジョセフソン接合系Bi2212テラヘルツ発振素子の発振特性III2016

    • Author(s)
      柏木隆成,北村健郎,渡辺千春,柴野雄紀,幸良彦,榎本拓真,久保裕之,坂本和輝,桂川拓也,湯浅拓実,田中大河,小守優貴,辻本学,山本卓,吉崎亮造,南英俊,門脇和男
    • Organizer
      日本物理学会第71回年次大会
    • Place of Presentation
      東北学院大学(宮城県仙台市)
    • Year and Date
      2016-03-22
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 高温超伝導体Bi2212を用いたテラヘルツ波光源のパッケージ化2016

    • Author(s)
      土居卓司,辻本学,Elarabi Asem,温一凡,掛谷一弘
    • Organizer
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東京工業大学(東京都目黒区)
    • Year and Date
      2016-03-20
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 高温超伝導体単結晶Bi2Sr2CaCu2O8+δを用いた正方形型単独メサ構造からのTHz波発振特性II2016

    • Author(s)
      久保裕之,柏木隆成,坂本和輝,北村健郎,渡邊千春,幸良彦,柴野雄紀,桂川拓也,田中大河,湯浅拓実,小守優貴,榎本拓真,辻本学,山本卓,南英俊,門脇和男
    • Organizer
      第63回応用物理学会春季学術講演
    • Place of Presentation
      東京工業大学(東京都目黒区)
    • Year and Date
      2016-03-19
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      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 高温超伝導体Bi2212テラヘルツ光源の多機能化2016

    • Author(s)
      掛谷一弘,エララビアセム,温一凡,土居卓司,辻本学
    • Organizer
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東京工業大学(東京都目黒区)
    • Year and Date
      2016-03-19
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Terahertz emission from a stack of intrinsic Josephson junctions in Bi2Sr2Ca2Cu3O10+δ2016

    • Author(s)
      M. Tsujimoto, I. Kakeya, S. Adachi, T. Watanabe, T. Kashiwagi, H. Minami, and K. Kadowaki
    • Organizer
      2016 American Physical Society March Meeting
    • Place of Presentation
      Baltimore, Maryland, USA
    • Year and Date
      2016-03-16
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] A high Tc superconducting terahertz emitter operated from 0.5 to 2.4 THz2016

    • Author(s)
      T. Kashiwagi, K. Sakamoto, H. Kubo, Y. Shibano, T. Enomoto, T. Kitamura, K. Asanuma, T. Yasui, C. Watanabe, K. Nakade, Y. Saiwai, T. Katsuragawa, T. Tanaka, T. Yuasa, M. Tsujimoto, R. Yoshizaki, T. Yamamoto, H. Minami, R.A. Klemm, and K. Kadowaki
    • Organizer
      2016 American Physical Society March Meeting
    • Place of Presentation
      Baltimore, Maryland, USA
    • Year and Date
      2016-03-16
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      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 高温超伝導体を使ったコヒーレントな連続テラヘルツ光源の開発2015

    • Author(s)
      辻本学,斉藤寛,土居卓司,温一凡,Asem Elarabi,掛谷一弘
    • Organizer
      第14回低温工学・超伝導若手合同講演会
    • Place of Presentation
      大阪市立大学文化交流センター(大阪府大阪市)
    • Year and Date
      2015-12-11
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      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Bi-2212固有ジョセフソン接合テラヘルツ発振におけるストライプ状微細発振構造に関する考察2015

    • Author(s)
      辻本学,斉藤寛,土居卓司,温一凡,Asem Elarabi,掛谷一弘
    • Organizer
      第23回渦糸物理国内会議
    • Place of Presentation
      休暇村志賀島(福岡県福岡市)
    • Year and Date
      2015-12-09
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      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Bi2Sr2CaCu2O8+δ固有ジョセフソン接合からのテラヘルツ波発生におけるストライプ状微細発振構造の起源2015

    • Author(s)
      辻本学,斉藤寛,土居卓司,温一凡,Asem Elarabi,掛谷一弘,Fabian Rudau,Raphael Wieland,Reinhold Kleiner
    • Organizer
      日本物理学会2015年秋季大会
    • Place of Presentation
      関西大学(大阪府吹田市)
    • Year and Date
      2015-09-18
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Bi2Sr2CaCu2O8+δ固有ジョセフソン接合からのコヒーレントな連続テラヘルツ波発生2015

    • Author(s)
      辻本学,掛谷一弘
    • Organizer
      京都大学基礎物理学研究所研究会「多自由度と相関効果が生み出す超伝導の新潮流~BCSからBECまで~」
    • Place of Presentation
      京都大学(京都府京都市)
    • Year and Date
      2015-06-09
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Bi2Sr2CaCu2O8+固有ジョセフソン接合メサ構造における温度分布の動的制御とテラヘルツ発振の同時観測2015

    • Author(s)
      辻本学,神原仁志,岸本卓也,温一凡,吉岡佑介,中川裕也,秋山弘樹,卞舜生,為ヶ井強,Fabian Rudau,Raphael Wieland,Reinhold Kleiner,掛谷一弘
    • Organizer
      日本物理学会第70回年次大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学
    • Year and Date
      2015-03-24
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Dynamic control of temperature distributions in stacks of intrinsic Josephson junctions for intense terahertz emission2015

    • Author(s)
      M. Tsujimoto, H. Kambara, T. Kishimoto, Y. Wen, Y. Yoshioka, Y. Nakagawa, and I. Kakeya
    • Organizer
      6th international workshop on Optical Terahertz Science and Technology
    • Place of Presentation
      アメリカ カリフォルニア州 サンディエゴ
    • Year and Date
      2015-03-11
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      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 高温超伝導体を使った連続可変な小型テラヘルツ光源の開発2015

    • Author(s)
      辻本学,吉岡佑介,温一凡,岸本卓也,斉藤寛,中川裕也,掛谷一弘
    • Organizer
      応用物理学会関西支部平成26年度第3回講演会「関西発グリーンエレクトロニクス研究の進展」
    • Place of Presentation
      奈良先端科学技術大学院大学
    • Year and Date
      2015-02-27
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      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Terahertz emission from a stack of intrinsic Josephson junctions in Pb-doped Bi-22122014

    • Author(s)
      M. Tsujimoto, H. Kambara, Y. Maeda, Y. Yoshioka, Y. Nakagawa, and I. Kakeya
    • Organizer
      9th International Symposium on Intrinsic Josephson Effects and THz Plasma Oscillations in High-Tc Superconductors
    • Place of Presentation
      京都大学
    • Year and Date
      2014-12-02
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      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Dynamic control of temperature distributions in stacks of intrinsic Josephson junctions in Bi2Sr2CaCu2O8+δ for intense terahertz radiation2014

    • Author(s)
      M. Tsujimoto, H. Kambara, Y. Maeda, Y. Yoshioka, Y. Nakagawa, B. Gross, F. Rudau, R. Kleiner, and I. Kakeya
    • Organizer
      9th International Symposium on Intrinsic Josephson Effects and THz Plasma Oscillations in High-Tc Superconductors
    • Place of Presentation
      京都大学
    • Year and Date
      2014-12-01
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Bi2Sr2CaCu2O8+δ固有ジョセフソン接合を用いた超伝導テラヘルツ光源の開発2014

    • Author(s)
      辻本学、神原仁志、吉岡佑介、中川裕也、F. Rudau、B. Gross、R. Kleiner、掛谷一弘
    • Organizer
      第75回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      北海道大学
    • Year and Date
      2014-09-18
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Imaging of local temperature distributions in mesas of high-Tc superconducting terahertz sources2014

    • Author(s)
      M. Tsujimoto, Y. Nakagawa, Y. Yoshioka, Y. Kamei, Y. Maeda, and I. Kakeya
    • Organizer
      27th International Conference on Low Temperature Physics
    • Place of Presentation
      アルゼンチン ブエノスアイレス
    • Year and Date
      2014-08-08
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Bi_2Sr_2CaCu_2O_<8+δ>テラヘルツ光源におけるメサ内温度分布の動的制御2014

    • Author(s)
      辻本学、中川裕也、吉岡佑介、亀井裕太、前田圭穂、水田慎吾、掛谷一弘
    • Organizer
      日本物理学会第68回年次大会
    • Place of Presentation
      東海大学 (神奈川県平塚市)
    • Year and Date
      2014-03-28
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Bi_2Sr_2CaCu_2O_<8+δ>テラヘルツ光源のメサ内温度分布制御による高出力化2014

    • Author(s)
      辻本学、中川裕也、吉岡佑介、亀井裕太、前田圭穂、水田慎吾、掛谷一弘
    • Organizer
      第61回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      青山学院大学(神奈川県相模原市)
    • Year and Date
      2014-03-18
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 2電極を有するBi2212テラヘルツ光源の電流注入調節による特性制御2013

    • Author(s)
      辻本学、中川裕也、吉岡佑介、亀井裕太、前田圭穂、水田慎吾、掛谷一弘
    • Organizer
      第21回渦糸物理国内会議
    • Place of Presentation
      東北大学 (宮城県仙台市)
    • Year and Date
      2013-12-13
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 2電極構造を有するBi_2Sr_2CaCu_2O_<8+δ>テラヘルツ発振素子による電流注入効果の検証2013

    • Author(s)
      辻本学、中川裕也、吉岡佑介、亀井裕太、前田圭穂、水田慎吾、掛谷一弘
    • Organizer
      日本物理学会2013年秋季大会
    • Place of Presentation
      徳島大学(徳島県徳島市)
    • Year and Date
      2013-09-28
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Coherent emission of terahertz radiation from intrinsic Josephson junctions of high-T_c superconductor Bi_2Sr_2CaCu_2O_<8+δ> under extreme temperature inhomogeneity2013

    • Author(s)
      M. Tsujimoto, T. Kitamura, K. Ishida, S. Sekimoto, C. Watanabe, K. Asanuma, K. Nakade, K, Yasui, T. Yamamoto, T. Kashiwagi, H. Minami, and K. Kadowaki
    • Organizer
      8th international conference in school format on Vortex Matter in Nanostructured Superconductors
    • Place of Presentation
      ロドス (ギリシャ)
    • Year and Date
      2013-09-26
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Bi_2Sr_2CaCu_2O_<8+δ>テラヘルツ発振素子の電流注入調節による特性制御2013

    • Author(s)
      辻本学、中川裕也、吉岡佑介、井裕太、前田圭穂、水田慎吾、掛谷一弘
    • Organizer
      第74回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      同志社大学(京都府京田辺市)
    • Year and Date
      2013-09-18
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Emission of coherent radiation from twin-electrode high-T_c superconducting THz sources2013

    • Author(s)
      M. Tsujimoto, Y. Nakagawa, Y. Yoshioka, Y. Kamei, Y. Maeda, and I. Kakeya
    • Organizer
      The 2nd Workshop on THz radiation from Intrinsic Josephson junctions
    • Place of Presentation
      筑波大学 (茨城県つくば市)
    • Year and Date
      2013-08-30
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Broadly tunable THz wave emission from intrinsic Josephson junctions in Bi_2Sr_2CaCu_2O_<8+δ>2013

    • Author(s)
      M. Tsuiimoto, K. Delfanazari, T. Kitamura, K. Ishida, S. Sekimoto, C. Watanabe, T. Kashiwagi, H. Minami, K. Kadowaki, T. Yamamoto, R. A. Klemm, and I. Kakeva
    • Organizer
      14th International Workshop on Vortex Matter in Superconductors
    • Place of Presentation
      南京市(中国)
    • Year and Date
      2013-05-25
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Invited
  • [Remarks] 京都大学ホームページ 研究成果

    • URL

      http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/2014/141022_1.html

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Remarks] 集積機能工学研究室ホームページ

    • URL

      http://sk.kuee.kyoto-u.ac.jp/

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] テラヘルツ帯電磁波発振装置2015

    • Inventor(s)
      辻本学,掛谷一弘
    • Industrial Property Rights Holder
      京都大学
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2015-12-17
    • Related Report
      2015 Annual Research Report

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Published: 2014-01-29   Modified: 2024-03-26  

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