THz Wave Generation by Means of Superconducting Intrinsic Josephson Junctions and Its Application

2008 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 18204031
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Condensed matter physics II
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: KADOWAKI Kazuo University of Tsukuba, 大学院・数理物質科学研究科, 教授 (00272170)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): KAKEYA Itsuhiro 筑波大学, 大学院・数理物質科学研究科, 講師 (80302389) ; KOKUBO Nobuhito 筑波大学, 大学院・数理物質科学研究科, 講師 (80372340)
• Project Period (FY): 2006 – 2008
• Keywords: 高温超伝導 / 固有ジョセフソン接合 / テラヘルツ波 / 交流ジョセフソン効果 / ジョセフソンレーザー / 非線形発振

Research Abstract

高温超伝導体は超伝導を担う平面的に配列したCuO_2層が積層した結晶構造を持ち、面間は超伝導の結合が弱く、原子レベルで高密度に積層した多重ジョセフソン接合系を形成している。高品質単結晶Bi_2Sr_2CaCu_2O^(8+δ)を育成し、CuO_2面に垂直に直流電流を流すことにより、強力で連続かつコヒーレントなテラヘルツ帯の電磁波を発生することに成功した。これはレーザー発振と同等であり、今後、基礎研究はもとより医療診断、セキュリティなど幅広い応用が期待される。

Research Products

• [Journal Article] In-Phase Electrodynamics and Terahertz Wave Emission in Extended Intrinsic Josephson Junctions (2009)
  • Author(s): T. Koyama, H. Matsumoto, M. Machida and K. Kadowaki
  • Journal Title: Phys. Rev. B79 104522 Pages: 1-12
• [Journal Article] THz Wave Emission from the Intrinsic Josephson Junctions of High-Tc SuperconductorsProceedings of the 25^<th> International Conference on Low Temperature Conference (2009)
  • Author(s): H. Matsumoto, T. Koyama, M. Machida, K. Kadowaki
  • Journal Title: held in Amsterdam, The Netherlands, August 6^<th>-13^<th> 052156 Pages: 1-4
• [Journal Article] Direct Observation of Terahertz Electromagnetic Waves Emitted from Intrinsic Josephson Junctions in Single Crystalline Bi_2Sr_2CaCu_2O_8 (2008)
  • Author(s): K. Kadowaki, H. Yamaguchi, K. Kawamata, T. Yamamoto, H. Minami, I. Kakeya, U. Welp, L. Ozyuzer, A. E. Koshelev, C. Kurter, K. E. Gray and W. -K. Kwok
  • Pages: 634-639
• [Journal Article] Quantum Oscillation of the c-Axis Resistivity due to Entracne of Pancake Vortices into Micro-Fabricated Bi_2Sr_2CaCu_2O_<8+δ> Intrinsic Josephson Junctions (2008)
  • Author(s): I. Kakeya, K. Fukui, K. Kawamata, T. Yamamoto and K. Kadowaki
  • Journal Title: Physica C468 Pages: 669-673
• [Journal Article] Small-Number Arrays of Intrinsic Josephson Junctions (2008)
  • Author(s): A. Yurgens, M. Torstensson, L. X. You, T. Bauch, D. Winkler, I. Kakeya and K. Kadowaki
  • Journal Title: Physica C468 Pages: 674-678
• [Journal Article] Emission of Coherent THz Radiation from Superconductors (2007)
  • Author(s): L. Ozyuzer, A. E. Koshelev, C. Kurter, N. Gopalsami, Q. Li, M. Tachiki, K. Kadowaki, T. Yamamoto, H. Minami, H. Yamaguchi, T. Tachiki, K. E. Gray, W. -K. Kwok and U. Welp
  • Journal Title: Science 318 318 Pages: 1291-1293
• [Presentation] Temperature and Field Dependence of the Emission of Terahertz Waves from Intrinsic Josephson Junctions (2009)
  • Author(s): Ulrich Welp, Alexei Koshelev, Lutfi Ozyuzer, Cihan Kurter, Masashi Tachiki, Kazuo Kadowaki, Takashi Yamamoto and Wai -K. Kwok
  • Organizer: APS(American Physical Society) March Meeting(given by oral presentation, Session D34-1, Program & Show Guide, p183)
  • Place of Presentation: held at Pittsburgh, USA
  • Year and Date: 20090300
• [Presentation] Angular Dependence of the Radiation Power of a Josephson STAR-emitter (2009)
  • Author(s): Richard Klemm and K. Kadowaki
  • Organizer: APS(American Physical Society) March Meeting(given by oral presentation, Session D34-3, Program & Show Guide, p183)
  • Place of Presentation: held in Pittsburgh, USA
  • Year and Date: 20090300
• [Presentation] Direct Observation of THz Radiation from Cylindrical Structure of Intrinsic Josephson Junction System of Bi2212 (2009)
  • Author(s): M. Tsujimoto, T. Yamamo,H. Minami, K. Kadowaki, M. Tachiki, U. Welp and W. -K. Kwok
  • Organizer: APS(American Physical Society) March Meeting(given by oral presentation, Session D34-6, Program & Show Guide, p183)
  • Place of Presentation: held at Pittsburgh, USA
  • Year and Date: 20090300
• [Presentation] Bi2212固有ジョセフソン接合系のテラヘルツ発振特性 (2009)
  • Author(s): 南英俊、折田尚樹、小池隆、門脇和男
  • Organizer: 日本物理学会第64回年次大会(日本物理学会講演概要集第64巻第1号第3分冊、p659)
  • Place of Presentation: 立教大学、立教池袋中学・高校(領域8(30pTA-1)にて口頭発表)
  • Year and Date: 2009-03-30
• [Presentation] Bi_2Sr_2CaCu_2O^(8+δ)単結晶メサによるテラヘルツ波発振の形状効果II (2009)
  • Author(s): 辻本学、八巻和宏、山口勇人、山本卓、南英俊、南英俊、門脇和男
  • Organizer: 日本物理学会第64回年次大会(日本物理学会講演概要集第64巻第1号第3分冊、p659)
  • Place of Presentation: 立教大学、立教池袋中学・高校(領域8(30pTA-4)にて口頭発表)
  • Year and Date: 2009-03-30
• [Presentation] Bi_2Sr_2CaCu_2O^(8+δ)単結晶メサによるテラヘルツ波発振の形状効果 (2008)
  • Author(s): 辻本学、八巻和宏、山口勇人、山本卓、南英俊、掛谷一弘、門脇和男
  • Organizer: 日本物理学会2008年秋季大会(日本物理学会講演概要集第63巻第2号第3分冊、p571)
  • Place of Presentation: 岩手大学上田キャンパス(領域8(23aQE-5)にて口頭発表)
  • Year and Date: 2008-09-23
• [Presentation] 多層固有ジョセフソン接合系におけるTHz電磁波の放射強度と放射率について (2008)
  • Author(s): 門脇和男、Richard Klemm、八巻和宏、辻本学、南英俊
  • Organizer: 日本物理学会2008年秋季大会(日本物理学会講演概要集第63巻第2号第3分冊、p571)
  • Place of Presentation: 岩手大学上田キャンパス(領域8(23aQE-6)にて口頭発表)
  • Year and Date: 2008-09-23
• [Presentation] 矩形型Bi2212単結晶メサを用いたテラヘルツ波発振の角度依存性 (2008)
  • Author(s): 八巻和宏、辻本学、山口勇人、山本卓、南英俊、掛谷一弘、門脇和男
  • Organizer: 日本物理学会2008年秋季大会(日本物理学会講演概要集第63巻第2号第3分冊、p571)
  • Place of Presentation: 岩手大学上田キャンパス(領域8(23aQE-3)にて口頭発表)
  • Year and Date: 2008-09-20
• [Patent(Industrial Property Rights)] 指向性を有するテラヘルツ帯域電磁波発振装置 (2008)
  • Inventor(s): 門脇和男、掛谷一弘、南英俊、山本卓、山口勇人
  • Industrial Property Rights Holder: 国立大学法人筑波大学
  • Industrial Property Number: 特願2008-066110
  • Filing Date: 2008-03-14
• [Patent(Industrial Property Rights)] 高次高調波を利用するテラヘルツ帯域電磁波発信装置 (2008)
  • Inventor(s): 門脇和男、掛谷一弘、南英俊、山本卓、山口勇人
  • Industrial Property Rights Holder: 国立大学法人筑波大学
  • Industrial Property Number: 特願2008-066111
  • Filing Date: 2008-03-14
• [Patent(Industrial Property Rights)] 国立大学法人筑波大学 (2007)
  • Inventor(s): 門脇和男、掛谷一弘、南英俊
  • Industrial Property Rights Holder: テラヘルツ帯電磁波発信装置およびその製造方法
  • Industrial Property Number: 特願2007-204489
  • Filing Date: 2007-08-06