Improvement of radiation efficiency of the wideband terahertz-emitter using the spintronics device
| Project/Area Number |
20K04599
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 21060:Electron device and electronic equipment-related
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| Research Institution | University of Fukui |
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Principal Investigator |
北原 英明 福井大学, 遠赤外領域開発研究センター, 特命助教 (20397649)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
谷 正彦 福井大学, 遠赤外領域開発研究センター, 教授 (00346181)
郭 其新 佐賀大学, シンクロトロン光応用研究センター, 教授 (60243995)
中嶋 誠 大阪大学, レーザー科学研究所, 准教授 (40361662)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
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| Keywords | スピントロニクス / テラヘルツ時間領域分光法 / スピントロニックエミッタ / テラヘルツ分光 / テラヘルツ |
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| Outline of Research at the Start |
磁性金属と非磁性金属のヘテロ構造(スピントロニック素子)をフェムト秒レーザーで光励起することで誘起される超高速のスピン流を起源とするテラヘルツ(THz)放射は、超広帯域特性や広い励起波長で利用可能なことから、新しいTHz波放射機構として注目を集めている。しかし、その励起パワー当たりの放射効率が低いため、実用的なTHz波放射素子として利用されるまでには至っていない。本研究では、さらにアンテナ構造の導入により、通信波長帯の1560 nmにおいてスピントロニック素子の励起レーザーパワーあたりの放射効率を現在よりも１桁以上向上させることを目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
スピントロニクスを用いたテラヘルツ領域の放射器に対する放射強度の増強や放射偏光面の制御、更には磁場飽和特性に伴う小磁場領域に於けるスピントロニクスエミッタの挙動の調査などを行った。
放射強度の増強については、スピントロニクスエミッタの放射面に白金電極を配置し自由空間に対する結合効率を改善して放射強度の増加を試みた。金属電極の形状を変えることにより放射強度は変化し、ボウタイ型とした場合に最も大きな放射強度が得られ、通常のスピントロニクスエミッタに比して約二倍の振幅の電磁波が放射された。また、スピントロニクスエミッタの動作原理から必須となる磁気バイアスを変調することにより放射電磁波の振幅変調を試みた。アンテナマウント内部へフェライトコアを用いた磁気回路に電磁コイルを組み込んだ磁気バイアス回路を作製し交流電源を用いて交差電流を印加することで放射電磁波の位相を反転させることを可能とした。この結果、それまで行われていた光チョッパによるポンプ光の変調時に比べ二倍の検出感度を得た。以上二種類の増強法を組み合わせることにより放射電磁波の振幅を4倍にすることが可能である。
放射偏光面の制御については、円環面内にN,S極を持つ円環ネオジウム磁石を回転させることでバイアス磁場の配向を変えて放射電磁波の偏光を自由に変えることができるアンテナマウントを作製した。この形式は通常の光伝導アンテナと比べて偏光方向の制御が非常に簡単になる。この放射器は偏光解析の目的に有用であろう。
磁場飽和特性に関するスピントロニクスエミッタの物理的特性についての調査は、交流及び直流磁場を用いて小磁場領域のバイアス磁場飽和特性を測定し線形に立ち上がった後、2mTで略飽和することを確認した。この事から磁場バイアスは2mTで十分であることが分かった。
以上の研究成果は国内外の会議において報告を行った。
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Report
(4 results)
Research Products
(4 results)
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[Presentation] Improvement in the Detection Efficiency of Terahertz (THz) Time-domain Spectroscopy (TDS) by applying an Alternating Magnetic Field Bias in Spintronic Emitter2023
Author(s)
Hideaki Kitahara, Katsuyuki Ishii, Miezel Talara, Takashi Furuya, Mary Clare Escano, Masahiko Tani, Dmitry S. Bulgarevich, Dongfeng He, Makoto Watanabe
Organizer
2023 48th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz)
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Int'l Joint Research
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