ジョセフソンプラズマ共鳴現象を用いたテラヘルツレーザー開発のための基礎研究

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14655121
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 村上 博成 大阪大学, 超伝導フォトニクス研究センター, 助教授 (30219901)
• Keywords: 酸化物高温超伝導体 / テラヘルツ電磁波 / フェムト秒レーザー / 超高速光応答 / ジョセフソンプラズマ / キャリアダイナミクス / コヒーレンス波 / ボルテックス

Research Abstract

外磁場印加状態でアンダードープTl_2Ba_2CaCu_20_8(TBCCO)にフェムト秒レーザーを照射することにより共鳴的なテラヘルツ(THz)電磁波の放射が生じる。この現象は、フェムト秒レーザー照射により超伝導体試料中に取り込まれたボルテックス周辺の周回電流に超高速変調が生じ、これに呼応してボルテックスの共鳴的な振動(ジョセフソンプラズマ:JPR)が生じるためと理解している。本年度は、共鳴THz電磁波発信材料の探索を行うため、オーバードープのTBCCO薄膜試料を用いた電磁波放射測定、および新たな高温超伝導材料としてキャリア数を制御したYBa_2Cu_3O_<7-d>(YBCO)薄膜を用いた電磁波放射特性の観測を行った。
オーバードープTBCCOを用いた結果として、アンダードープ同様JPR現象に基づく共鳴THz電磁波放射が観測されるものの、キャリアのスクリーニング効果が強く働くため、放射される電磁波の強度がかなり弱く時間領域波形の時間微分においてようやく認められる程度の振動波形が観測された。このTBCCOの結果をもとに現在他の酸化物高温超伝導体としてYBCOに関する研究を進めている。今年度はアンダードープの試料を再現性よく作成するための還元アニール炉の構築を行った。これを用いて作成したアンダードープYBCO薄膜(膜厚200nm、T_c=47K)で同様の測定を行ったところ、TBCCO同様JPR励起に伴う共鳴的な電磁波放射が生じることが判明した。今後このYBCOにおいてキャリア数を系統的に制御し高効率電磁波放射のための条件探索を行うとともに、フォトミキシング技術を利用したCWTHz波発信を試みる予定である。
この他、本年度はJPR現象と密接に関係するボルテックス状態を直接観察するため、ファラデー効果を利用した磁気光学顕微鏡を構築した。これを用いて高温超伝導体試料中の磁束分布観察に成功している。

Research Products

• [Publications] H.Murakami et al.: "Partial and macroscopic phase coherence in an underdoped Bi_2Sr_2CaCu_2O_<8+d> thin film"Europhysics Letter. Vol.60,No.2. 288-294 (2002)
• [Publications] T.Kiwa, T.Yoshimura, H.Murakami, M.Tonouchi: "Terahertz emission properties of Josephson junction under small magnetic field"Singapore Journal of Physics. Vol.18,No.1. 161-164 (2002)
• [Publications] H.Murakami et al.: "Ultrafast phase coherence in normal state of underdoped Bi_2Sr_2CaCu_2O_<8+d>"Journal of Superconductivity. Vol.15,No.5. 345-350 (2002)
• [Publications] H.Wald, P.Seidel, H.Schneidewind, Y.Tominari, H.Murakami, M.Tonouchi: "Laser induced picosecond electrical pulse emission from Tl_2Ba_2Ca_2Cu_3O_8 thin film devices"Physica C. 378-381. 372-376 (2002)
• [Publications] Y.Tominari, T.Kiwa, H.Murakami, M.Tonouchi: "Coherent teraherts radiation from Tl_2Ba_2CaCu_2O_<8+d> thin films excited by optical laser pulse under magnetic field"Physica C. (掲載予定). (2003)
• [Publications] H.Murakami et al.: "Ultrafast optical response of TBCCO(2212) thin films"Physica C. (掲載予定). (2003)