2017 Fiscal Year Annual Research Report
Improvement of the frequency, intensity and temperature performance of the terahertz emission from high-Tc superconductor
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15K04688
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
南 英俊 筑波大学, 数理物質系, 講師 (00190702)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
門脇 和男 筑波大学, 数理物質系, 教授 (00272170)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | ジョセフソン効果 / テラヘルツ波 / 高温超伝導 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、ジョセフソン接合が原子レベルで積層した構造をもつ高温超伝導体Bi2Sr2CaCu2O8+δを使うテラヘルツ波発振デバイスの高周波数化、高強度化と動作温度の高温化を目的としている。
今年度は、論文発表を２件、学会発表を１５件、特許出願を１件行った。論文の１件は、デバイス内の温度分布を発光物質の塗布などの前準備なくかつ簡便に測定するサーモリフレクタンス法による測温技術に関するものである。本デバイスは動作時に大きなジュール発熱を伴い、不均一な温度上昇を生じることが分かっている。本デバイスの動作を理解し高周波数化、高強度化と動作温度の高温化を図る上で有効なデバイス開発技術を提供している。他の１件は、高い除熱性をもつ構造の導入によって得られた過去数年の性能の向上をまとめたものである。学会発表は、発振出力の高強度化に向け、ジョセフソン接合を増やした厚いメサ部をもつ素子や平面アンテナの開発、ジョセフソン接合間の協調動作への形状効果の研究とメサ型素子のアレイ化などについて報告した。また、ウェットエッチング法による作製技術、サーモリフレクタンス法による温度分布計測技術に関する研究などについて報告した。
今年度は、高強度化を目指した発振デバイスのアレイ化を中心に研究を進めた。初年度に購入した高精度小型切削機を用いてアルゴンイオンミリング用および蒸着用のメタルマスクを作製し、既存設備によるアルゴンイオンミリング加工、真空蒸着成膜、スパッタ成膜、ウェットエッチング加工などを併用して、発振デバイスの1×4～2×7のアレイを作製した。また、同小型切削機を用いて、いろいろな構造の試料ホルダーを作製し、テラヘルツ波の測定実験を行った。アレイ内素子の協調動作の実証となる発振出力の増強や発振周波数の引き込み現象を確認できていないが、本研究開始前の最高値の2.7倍の発振出力を観測することに成功した。
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[Journal Article] Thermoreflectance microscopy measurements of the Joule heating characteristics of high-Tc superconducting terahertz emitters2017
Author(s)
T. Kashiwagi, T. Tanaka, C. Watanabe, H. Kubo, Y. Komori, T. Yuasa, Y. Tanabe, R. Ota, G. Kuwano, K. Nakamura, M. Tsujimoto, H. Minami, T. Yamamoto, R. A. Klemm, K. Kadowaki
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Journal Title
Journal of Applied Physics
Volume: 122
Pages: 233902-1-9
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] The present status of high-Tc superconducting terahertz emitters2017
Author(s)
T. Kashiwagi, H. Kubo, K. Sakamoto, T. Yuasa, Y. Tanabe, C. Watanabe, T. Tanaka, Y. Komori, R. Ota, G. Kuwano, K. Nakamura, T. Katsuragawa, M. Tsujimoto, T. Yamamoto, R. Yoshizaki, H. Minami, K. Kadowaki, R. A. Klemm
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Journal Title
Superconductor Science & Technology
Volume: 30
Pages: 074008-1-10
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Presentation] サーモリフレクタンス法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特性評価2018
Author(s)
柏木隆成, 田中大河, 渡辺千春, 小守優貴, 田邊祐希, 湯浅拓実, 太田隆晟, 桑野玄気, 中村健人, 今井貴之, 大野雪乃, 金子陽太, 辻本学, 山本卓, 南英俊, 門脇和男
Organizer
日本物理学会第73回年次大会（2018年）
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[Presentation] Terahertz Emission from the Intrinsic Josephson Junctions of High-symmetry Thermally-managed Bi2Sr2CaCu2O8+δ Microstrip Antennas2018
Author(s)
R. Klemm, A. Davis, Q. Wang, T. Yamamoto, D. Cerkoney, C. Reid, M. Koopman, H. Minami, T. Kashiwagi, J. Rain, C. Doty, M. Sedlack, M. Morales, C. Watanabe, M. Tsujimoto, K. Delfanazari, K. Kadowaki
Organizer
American Physical Society March meeting 2018
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[Presentation] Study of Joule Heating Characteristics of Bi2Sr2CaCu2O8+δ High-Tc Superconducting Terahertz Emitters2018
Author(s)
T. Kashiwagi, T. Tanaka, C. Watanabe, H. Kubo, Y. Komori, T. Yuasa, Y. Tanabe, R. Ota, G. Kuwano, K. Nakamura, M. Tsujimoto, H. Minami, T. Yamamoto, R. Klemm, K. Kadowaki
Organizer
American Physical Society March meeting 2018
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[Presentation] 固有ジョセフソン接合系Bi2212テラヘルツ発振素子の発振周波数特性について2017
Author(s)
柏木隆成, 湯浅拓実, 田中大河, 小守優貴, 田邊祐希, 太田隆晟, 桑野玄気, 中村健人, 今井貴之, 大野雪乃, 辻本学, 山本卓, 吉崎亮造, 南英俊, 門脇和男
Organizer
日本物理学会2017年秋季大会
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[Presentation] Device Characteristics of High-Tc Superconducting Intrinsic Josephson Junction Terahertz Emitters2017
Author(s)
T. Kashiwagi , T. Yuasa, Y. Tanabe, T. Tanaka, Y. Komori, R. Ota, G. Kuwano, K. Nakamura, C. Watanabe, M. Tsujimoto, T. Yamamoto, R. Yoshizaki, H. Minami, R. Klemm, K. Kadowaki
Organizer
28th International Conference on Low Temperature Physics (9-16 August 2017, Gothenburg Sweden)
Int'l Joint Research
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