2021 Fiscal Year Annual Research Report
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20H02590
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
柏木 隆成 筑波大学, 数理物質系, 講師 (40381644)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 高温超伝導体 / 固有ジョセフソン接合 / テラヘルツ波 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
我々は連続発振が可能な小型テラヘルツ波発振器を開発し，この技術を次世代大容量通信や非破壊検査などの分野へ活用することで「次世代産業の創出と豊かな電波社会」を実現することを目指している。具体的には，高温超伝導体 Bi2Sr2CaCu2O8+δ(Bi2212)単結晶に内在するジョセフソン接合を利用したTHz波発振器(Bi2212-THz波発振器)の開発を行っている。本研究では，このBi2212-THz波発振器の高性能化とその応用について，Bi2212単結晶材料，発振素子構造の改良から実現することを目指している。
本研究で達成を目指す主題は３つあり，(1) 1 mWレベルの発振出力の実現, (2) 1 kHzレベルの発振線幅の実現, (3)共同研究を通じたBi2212-THz発振器の利用先の開拓である。特に本年度は，(1), (2)を進める上で欠かせないと考えているBi2212単結晶材料とデバイス特性の相関に関する研究を中心に行った。具体的には，デバイス作製に用いるBi2212単結晶の材料特性を，BiとSrの比を調整すること，及び育成後の結晶を熱処理し結晶中の酸素量を調整することで変化させた。これらの結晶を用いて作製した発振素子の結晶性と電気特性の相関について複数の測定方法から詳細に調べた。その結果，材料特性を軸とした素子作製に関して大まかな指針が得られた。また，素子の材料評価が適切に行えるように検討した結果，結晶の素子加工技術などの改良も進んだ。(3)に関しては，小型冷凍機を用いたBi2212-THz発振器の開発とその応用に関して，企業との定期的なミーティングや大学内の支援プログラムなどを通じて検討を行い，今後の方針を明確化した。そして，これら成果の一部は，学術論文及び学会等を通じて報告を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は，前年度の成果をベースにして，当初の研究計画に沿って概ね順調に進めることができたと考えている。特に材料特性とデバイス特性の関係について，前年度よりも詳細な結果が得られており，この点は今後のデバイス作製に活用できると考えている。しかしながら，共同研究を通じた活動や目標とする発振性能の到達度といった点においては，当初計画よりも遅れいている点がある。これらの点は，次年度で適宜対応することで，当初の研究目標の達成を目指す。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度までの研究成果により，デバイス作製において欠かすことのできない材料の理解にある程度進展が得ら
れた。そこで次年度はその材料知見をベースにし，発振性能の向上を中心とした研究を進めることを予定している。また，応用技術の開発としてはイメージングを中心とした装置開発を進めることを予定している。これらをベースにて研究実績の概要で説明した３つの主課題に関して，当初計画を適宜修正しつつ研究を進める。
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[Journal Article] Design and characterization of microstrip patch antennas for high-Tc superconducting terahertz emitters2021
Author(s)
M. Tsujimoto, Y. Kaneko, G. Kuwano, K. Nagayama, T. Imai, Y. Ono, S. Kusunose, T. Kashiwagi, H. Minami, K. Kadowaki, Y. Simsek, U. Welp, and W.K. Kwok
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Journal Title
Optics Express
Volume: 29
Pages: 16980
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Experimental validation of a microstrip antenna model for high-Tc superconducting terahertz emitters2021
Author(s)
G. Kuwano, M. Tsujimoto, Y. Kaneko, K. Nagayama, T. Imai, Y. Ono, S. Kusunose, T. Yuhara, H. Minami, T. Kashiwagi, and K. Kadowaki
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Journal Title
Journal of Applied Physics
Volume: 129
Pages: 223905
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] 高温超伝導体単結晶を用いたテラヘルツ波発振器の高性能化に向けた取り組み2022
Author(s)
柏木隆成, 桑野玄気, 中川駿吾, 中山繭, 金正赫, 永山佳苗, 湯原拓也, 山口啄弥, 齋藤佑真, 鈴木祥平, 山田将太郎, 菊池隆太, 辻本学, 南英俊, 門脇和男
Organizer
2022年電子情報通信学会総合大会
Invited
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[Presentation] 高温超伝導体テラヘルツ波発振器の高性能化に向けた材料研究 II2022
Author(s)
柏木隆成, 中山繭, 中川駿吾, 金正赫, 山口啄弥, 桑野玄気, 永山佳苗, 辻本学, 南英俊, 門脇和男, 永崎洋, 石田茂之, 中尾裕則, 茂筑高士, 長谷川幸雄, 木村尚次郎
Organizer
第69回 応用物理学会 春季学術講演会
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[Presentation] アルカリエッチングを用いた銅酸化物超伝導体Bi2212のデバイス加工2022
Author(s)
中川駿吾, 柏木隆成, 中山繭, Kim Jeonghyuk, 山口啄弥, 桑野玄気, 辻本学, 南英俊, 門脇和男, 石田茂之, 永崎洋
Organizer
第69回 応用物理学会 春季学術講演会
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[Presentation] Bi2212-THz波発振器における材料組成依存性の研究??2021
Author(s)
中川駿吾, 柏木隆成, 中山繭, KimJeonghyuk, 山口啄弥, 桑野玄気, 辻本学, 南英俊, 門脇和男, 石田茂之, 永崎洋, 中尾裕則, 茂筑高士, 長谷川幸雄, 木村尚次郎
Organizer
第82回 応用物理学会秋季学術講演会
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[Presentation] 高温超伝導体テラヘルツ波発振器の高性能化に向けた材料研究2021
Author(s)
柏木隆成, 中川駿吾, 中山繭, KimJeonghyuk, 山口啄弥, 桑野玄気, 永山佳苗, 辻本学, 南英俊, 門脇和男, 永崎洋, 石田茂之, 中尾裕則, 茂筑高士, 長谷川幸雄, 木村尚次郎
Organizer
第82回 応用物理学会秋季学術講演会
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[Presentation] 高温超伝導体を用いた小型THz波発振システムの開発2021
Author(s)
山口啄弥, 柏木隆成, 山田将太, 中川駿吾, 中山繭, 金正赫, 辻本学, 南英俊, 門脇和男, 柴田將史, 竹内孝行, 永崎洋, 馬渡康徳
Organizer
第82回 応用物理学会秋季学術講演会
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[Presentation] 結晶材料組成がBi2212-THz波発振素子のデバイス特性に及ぼす影響に関する研究2021
Author(s)
中山繭, 柏木隆成, 中川駿吾, KimJeonghyuk, 山口啄弥, 桑野玄気, 辻本学, 門脇和男, 永崎洋, 石田茂之, 中尾裕則, 茂筑高士, 長谷川幸雄, 木村尚次郎
Organizer
第82回 応用物理学会秋季学術講演会
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[Presentation] Towards Higher Power THz Emission from High -Tc Superconducting Bi2Sr2CaCu2O8+d IJJ Mesa Devices2021
Author(s)
K. Kadowaki, Y. Ono, H. Minami, S. Kusunose, T. Yuhara, G. Kuwano, S. Nakagawa, J. Kim, M. Nakayama, K. Nagayama, T. Kashiwagi, M. Tsujimoto, R.A. Klemm
Organizer
The 12th International Conference on Intrinsic Josephson Effect and Horizons of Superconducting Spintronics
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[Presentation] Study of fabrication processes of high temperature superconducting terahertz emitters2021
Author(s)
T. Kashiwagi, T. Imai, S. Nakagawa, M. Nakayama, J. Kim, T. Yamaguchi, G. Kuwano, K. Nagayama, T. Yuhara, Y. Saito, S. Suzuki, M. Tsujimoto, H. Minami, K. Kadowaki
Organizer
The 12th International Conference on Intrinsic Josephson Effect and Horizons of Superconducting Spintronics
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