2015 Fiscal Year Annual Research Report
共振器結合型Bi-2212単結晶発振器の創成による1THz以上の発振周波数の獲得
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15H03973
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| Research Institution | Nagaoka University of Technology |
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Principal Investigator |
加藤 孝弘 長岡技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (10432098)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山田 容士 島根大学, 総合理工学研究科(研究院), 教授 (10362906)
川上 彰 国立研究開発法人情報通信研究機構, その他部局等, 研究員 (90359092)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | テラヘルツ発振器 / ジョセフソン接合 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、超伝導材料であるBi2Sr2CaCu2O8+δ（Bi-2212）結晶中に内在する固有ジョセフソン接合アレイを利用した1THz以上の周波数を埋める固体発振素子としての有用性を示すことを目的としている。H27年度は、（１）固有接合発振器において問題となる自己発熱効果の抑制法、および（２）接合アレイを同期動作させるための素子構造の検討を進めた。
(1)の研究では、発振素子に塗布した蛍光体の発光強度の温度依存性を利用した熱イメージングシステムを構築し自己発熱を評価した。温度上昇の投入電力密度依存性は二次関数的な挙動を示し、測定ポイント間で素子温度がただちに平衡状態に達していないことが分かった。現在、主要な排熱パスとなる基板をソーダライムガラスからシリコンへ変更すると同時に、基板・結晶間の接着剤厚を極薄化する素子作製システムを構築し、２年目以降に行う発振素子の作製と性能評価に備えている。(2)の研究では、素子作製に先立ち数値計算によりシャント抵抗を付与した接合アレイの同期動作条件の検討を行った。接合アレイの最上部と最下部とを抵抗シャントする構造では、接合特性がたとえ均一であっても不安定な電流-電圧特性となることが判明した。このことは、接合間の同期動作に必要となる安定な電圧バイアスが不可能であることを意味している。このため、本年度は抵抗シャントではなく、レーザー照射による局部加熱によって部分的な超伝導状態の破壊によるシャント効果付与に関する研究を進めた。現在、電流-電圧特性の変調まで確認しており2年目以降では、レンズによる光集光と光吸収体を備えたデバイス構造を作製し、数値計算と併せて接合アレイの同期動作条件の検討を進める。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初の計画は、接合アレイを抵抗シャントし共振器構造と結合させる予定であった。しかしながら、素子設計に際し数値計算を進めた結果、接合アレイのシャント抵抗効果は予想と異なり不安定な動作をすることが明らかとなった。このため、初年度に計画していたプロセスの変更を余儀なくされ、レーザー照射による超伝導状態の局所破壊に実験計画をシフトする必要が生じた。現在、電流-電圧特性の変調を確認しており、平成28年度以降の研究でシャント抵抗を有する接合アレイと共振器構造の結合を目指す。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成27年度に行った研究において、我々の作製したBi-2212固有接合発振素子の解決すべき課題を明確にすることが出来た。また、課題解決に向けた測定システムの構築も進めることが出来、次年度以降の研究を進める上で十分な準備体制が整ったと考えられる。平成28年度以降は、課題となった発熱効果の抑制とシャント抵抗効果の付与効果に関する研究を進めこれらの解決に注力する。
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