2010 Fiscal Year Annual Research Report
高品質Biー2223単結晶薄膜の作製と固有ジョセフソン接合THz発振素子への応用
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21560339
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| Research Institution | Kanazawa Institute of Technology |
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Principal Investigator |
遠藤 和弘 金沢工業大学, ものづく研究所, 教授 (50356606)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
立木 昌 築波大学, 大学院・数理物質研究科, 研究員 (20028111)
有沢 俊一 独立行政法人物質・材料研究機構, ナノテクノロジー基盤萌芽ラボ, 主幹研究員 (00354340)
内田 貴司 防衛大学校, 電気情報学群電気電子工学科, 教授 (50531802)
立木 隆 防衛大学校, 電気情報学群電気電子工学科, 准教授 (60531796)
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| Keywords | ビスマス系酸化物超伝導体 / テラヘルツ発振素子 / 薄膜 |
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| Research Abstract |
BSCCO結晶に高いバイアス電流をかけると、低い電流をかけたときとは違う、安定した強い強度のテラヘルツ波の発振が起る。BSCC0の熱伝導率は低いので、高い電流をかけた時、BSCCO結晶の温度は上がり、常伝導率が高くなるので電極間の電圧は急激に減少する。この減少した電圧に対応するジョセフソン振動数が、BSCCO結晶を含む発振装置全体のLCR共鳴周波数と一致するとき、動的に安定な状態が実現し、強い安定なテラヘルツ波の発振がおこることが予測される。この理論はテラヘルツ波発振素子の設計に有用である。
昨年度に見出した「格子ミスマッチの異方性比」という新しいコンセプトを駆使して、よりいっそう高品質なc軸配向Bi-2223膜の作製を進めた。一方、立木昌の最近の理論から、非c軸配向の膜は、簡単なデバイス構造で、テラヘルツ波の照射された数百～1万もの接合が同期し、大きなACおよびDC出力がとれることが予測された。この画期的な性能の実現の可能性を調べるため、ビスマス系2223超伝導膜の配向制御を行った。
高品質なビスマス系酸化物超伝導薄膜を用いたテラヘルツ波発振素子を実現するために、同素子から放射されるテラヘルツ波の発振スペクトルを数値シミュレーションにより調べた。具体的には、熱雑音により発振スペクトルの線幅は増加するものの、膜厚を増加させると、その影響を低減できることがわかった。この結果は同薄膜からのテラヘルツ放射を実験で観測する上で重要な知見である。
超伝導体の薄膜について、走査スクイド顕微鏡を用い、薄膜中の欠陥に生じる磁場を計測し、電流密度の評価法の開発を行ってきた。本年度は詳細な計算により、その様子のシミュレーションを行い、理論的裏付けを試みた。
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