2021 Fiscal Year Annual Research Report
グラフェンディラックフェルミオンのプラズモン異常不安定性とそのテラヘルツ機能応用
Project/Area Number |
20K20349
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Research Institution | Tohoku University |
Principal Investigator |
尾辻 泰一 東北大学, 電気通信研究所, 教授 (40315172)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岩月 勝美 東北大学, 電気通信研究機構, 特任教授 (00590522) [Withdrawn]
佐藤 昭 東北大学, 電気通信研究所, 准教授 (70510410)
渡辺 隆之 東北大学, 電気通信研究所, 助教 (80771807)
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Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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Keywords | グラフェン / ディラックプラズモン / 不安定性 / テラヘルツ |
Outline of Annual Research Achievements |
1.非対称二重回折格子ゲート型グラフェントランジスタを研究代表者らが独自に開発してきたエピタキシャルグラフェン製膜,グラフェン・窒化ホウ素剥離転写,グラフェンチャネルゲートスタック等のプロセス技術を駆使し,素子の設計・試作を実施した[前年度からの継続課題,担当:尾辻泰一,渡辺隆之(研究分担者),吹留博一(研究協力者)]. 2.デバイスモデリングに関しては,第一に,グラフェン電子正孔のクーロン相互作用に伴う多体効果をキャリア自己エネルギーとして記述し,ランダム位相近似およびGWA法により線形バンド分散の崩れ(ブロードニングと非線形性)を伴うグラフェンプラズモンを2.5次元に次元拡張して定式化し,ポアッソン方程式と連立して自己無撞着に数値解析するシミュレータを完成した[前年度からの継続発展課題,担当:尾辻泰一,佐藤昭(研究分担者)].第二に,「プラズモン異常不安定性」と命名した従来理論では説明のつかない実験結果を説明し得る可能性のあるグラフェンディラックプラズモンに特有の新規な不安定性が生じ得ることを理論的に発見し,「クーロンドラッグ不安定性」と命名した. 3.研究代表者所有のテラヘルツ時間分解分光計測装置を用いて実証に成功したテラヘルツ帯コヒーレント増幅に続き,フーリエ変換赤外分光光度計を用いて試作素子におけるテラヘルツ帯自励発振の観測に挑み,その兆候を捉えることに成功した[前年度からの継続課題,担当:尾辻泰一,渡辺隆之(研究分担者)]. 4.グラフェンプラズモン異常不安定性を新原理として導入したテラヘルツ増幅素子および光・テラヘルツ波周波数変換・増幅素子を設計試作評価し,従来技術に対する量子効率改善効果を評価した結果,電流駆動による不安定性発現により,光-テラヘルツ波変換利得ならびにテラヘルツ波検出感度を1桁以上向上できることを実証した[前年度からの継続課題,担当:尾辻泰一].
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[Journal Article] Graphene-based plasmonic metamaterial for terahertz laser transistors2022
Author(s)
T. Otsuji, S.A. Boubanga-Tombet, A. Satou, D. Yadav, H. Fukidome, T. Watanabe, T. Suemitsu, A.A. Dubinov, V.V. Popov, W. Knap, V. Kachorovskii, K. Narahara, M. Ryzhii, V. Mitin, M.S. Shur, and V. Ryzhii
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Journal Title
Nanophoton. (invited, review)
Volume: 11
Pages: 1677-1696
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] THz detection by an asymmetric dual-grating-gate graphene FET2021
Author(s)
K. Tamura, D. Ogiura, K. Suwa, H. Fukidome, A. Satou, Y. Takida, H. Minamide, and T. Otsuji
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Journal Title
IRMMW-THz: the 46th International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves Proc., Changdu, China, and Online, Aug. 29-Sept. 3, 2021.
Volume: 1
Pages: 5103129-1-2
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Current driven plasma instability in graphene-FETs with Coulomb electron drag2021
Author(s)
M. Ryzhii, V. Ryzhii, T. Otsuji, V. Mitin, and M.S. Shur
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Journal Title
COMCAS2021: International Conference on Microwaves, Communications, Antennas, Biomedical Engineering & Electronic Systems, RF3-4, vol. 1, pp. 1-4
Volume: 1
Pages: 1-4
DOI
Int'l Joint Research
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[Presentation] Graphene-based plasmonic metamaterial for terahertz laser transistors2022
Author(s)
T. Otsuji, S. Boubanga-Tombet, A. Satou, D. Yadav, V. Ryzhii, M. Ryzhii, A.A. Dubinov, V.V. Popov, W. Knap, V. Kachorovskii, K. Narahara, V. Mitin, and M.S. Shur
Organizer
XXVI International Symposium on Nanophysics and Nanoelectronics, Nizhny Novgorod, Russia, Hybrid, March 14-17, 2022. (invited)
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] Fast terahertz detection in asymmetric dual-grating-gate graphene-channel FETs2021
Author(s)
Koichi Tamura, Daichi Ogiura, Kento Suwa, Hirokazu Fukidome, Akira Satou, Y. Takida, H. Minamide, and T. Otsuji
Organizer
DRC: 79th Annual Device Research Conference, Web-Online, June 21, 2021.
Int'l Joint Research
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[Presentation] A new type of terahertz quantum cascade laser using graphene-based van der Waals heterostructures2021
Author(s)
T. Otsuji
Organizer
META: the 11th International Conference on Metamaterials, Photonic Crystals, and Plasmonics Proc., vol. 1, pp. 240-241, Univ. of Warsaw, Warsaw, Poland, Online, July 20-23, 2021. (invited)
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] THz detection by an asymmetric dual-grating-gate graphene FET2021
Author(s)
K. Tamura, D. Ogiura, K. Suwa, H. Fukidome, A. Satou, Y. Takida, H. Minamide, and T. Otsuji
Organizer
IRMMW-THz: the 46th International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves, Changdu, China, and Online, Aug. 29-Sept. 3, 2021.
Int'l Joint Research
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[Presentation] High Speed Terahertz Detection by an Asymmetric Dual-Grating-Gate Graphene FET2021
Author(s)
K. Tamura, D. Ogiura, K. Suwa, H. Fukidome, A. Satou, Y. Takida, H. Minamide, and T. Otsuji
Organizer
RJUSE-TeraTech2021: 9th Russia-Japan-USA-Europe Symposium on Fundamental & Applied Problems of Terahertz Devices & Technologies, Sendai, Japan (Hybrid), Nov. 1-4, 2021.
Int'l Joint Research
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[Presentation] Current driven plasma instability in graphene-FETs with Coulomb electron drag2021
Author(s)
M. Ryzhii, V. Ryzhii, T. Otsuji, V. Mitin, and M.S. Shur
Organizer
COMCAS2021: International Conference on Microwaves, Communications, Antennas, Biomedical Engineering & Electronic Systems, RF3-4, vol. 1, pp. 1-4, Tel Aviv, Israel, Hybrid, Nov. 1-3, 2021.
Int'l Joint Research
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