Demonstration of multi-photon laser emission from superconducting intrinsic Josephson junctions
| Project/Area Number |
20H02606
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 29010:Applied physical properties-related
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
掛谷 一弘 京都大学, 工学研究科, 准教授 (80302389)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
浅井 栄大 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (00722290)
町田 昌彦 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, システム計算科学センター, 研究主席 (60360434)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2021: ¥7,150,000 (Direct Cost: ¥5,500,000、Indirect Cost: ¥1,650,000)
Fiscal Year 2020: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000)
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| Keywords | テラヘルツ波 / ジョセフソン接合 / 超伝導 / 非線形効果 / ジョセフソン効果 / 同期現象 / レーザー発振 / テラヘルツ / 共振効果 / 固有ジョセフソン接合 / テラヘルツ発振 / 多光子放射 / 量子操作 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、高温超伝導体を用いて、周波数がテラヘルツ領域の電磁波（テラヘルツ光）を高出力に放射する素子を創成する。研究代表者らがこれまでに研究を進めてきたジョセフソン効果を用いたテラヘルツ光源は、非線形振動現象が主たる放射原理であったが、これをレーザー光のような量子準位間の反転分布を伴う制動放射に切り替えることで、放射強度とコヒーレンスの劇的向上を目指す。本研究の成果は、半導体デバイスと相補的にテラヘルツ科学を発展させ、とくに低温環境が重要である量子コンピュータの重要技術を発展させるという波及効果を持つ。
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| Outline of Annual Research Achievements |
高温超伝導体Bi2Sr2CaCu2O8単結晶からなる高温超伝導テラヘルツ光源デバイスからの周波数変調テラヘルツ波放射を観測した。周波数変調テラヘルツ波の連続放射はそれ自身画期的な進展であり、オンチップで実現したことが革命的である。研究代表者らは、デバイスに加えるバイアス電圧に最大周波数3.5 GHzの正弦波変調を加えた場合に放射される電磁波のスペクトルを観測したところ、中心周波数が850 GHz、最大変調周波数幅が40GHzに渡るほぼ理想的なFMスペクトルが得られた。中心周波数はオフセット電圧に比例し、変調周波数幅は変調振幅電圧に比例することから、ジョセフソン周波数が瞬時電圧に伴い変調された結果であることが分かった。この成果は、テラヘルツ通信の変調方式の革新をもたらすだけでなく、変調振幅とスペクトルの関係に定量的な解析を与えることで、ジョセフソンプラズマ放射の同期現象に関しても、重要な知見を与える。
また、ジョセフソンプラズマ放射強度の最適化に関して回路モデルを提案して、放射強度最適化に必要なパラメータを特定した。今後実験によってこの成果を確認していく。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(42 results)
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[Presentation] 新機能開拓を目指したBi-2212ウィスカ十字接合の作製2020
Author(s)
齋藤嘉人,齋藤嘉人,足立伸太郎,松本凌,藤田秀眞,巴山顕,長尾雅則,掛谷一弘,竹屋浩幸,高野義彦,高野義彦
Organizer
第81回応用物理学会秋季学術講演会
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