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2011 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

Research Project

Project/Area Number 21560339
Research InstitutionKanazawa Institute of Technology

Principal Investigator

遠藤 和弘  金沢工業大学, ものづくり研究所, 教授 (50356606)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 立木 昌  筑波大学, 大学院・数理物質科学研究科, 研究員 (20028111)
有沢 俊一  (独)物質・材料研究機構, 超伝導物性ユニット, 主幹研究員 (00354340)
Keywords先端機能デバイス / 超電導材料・素子 / テラヘルツ/赤外材料・素子 / 薄膜
Research Abstract

本研究では<結晶基板と薄膜との格子の整合性>に着目して薄膜を作製する<格子エンジニアリング>の手法により、(110)SrTiO_3基板を用いて、(119)Bi-2223の非c軸配向膜を作製することを見出した。この膜は成長機構が2次元核成長であるため、基板に対しc面が反対の2つの方向に傾いた双晶ができる。しかし、双晶であるため、面内でc面が繋がっており、表面に印加電極を持つ新しい構造のテラヘルツ素子には使うことができない。この問題の解決のためには、双晶のない薄膜を作製する必要がある。本研究では、表面が(110)面に対し傾斜したSrTiO_3基板を用いる<傾斜基板法>により、ステップフロー成長を行い、双晶のない(119)Bi-2223の非c軸配向膜の作製に成功した。これに<テンプレート2温度法>を併用することでさらに高いTcを持つ非c軸配向膜を得た。一方、デバイス設計の理論計算では、これらの非c軸配向膜を用いると、今までにない全く新しいデバイス構造が可能になり、従来のテラヘルツ波の「強度問題」を解決する、画期的なテラヘルツ素子ができることを明らかにした。すなわち、現在行なわれているBi系高温超伝導体のc軸配向の単一メサを使ったテラヘルツ電磁波発振の実験結果は、連続発振という長所はあるものの、発振強度が非常に弱い。そこで、発振強度を上げる有力な方法は、非c軸配向膜の試料を作製し、薄膜の表面上に印加電圧の電極を設ければ、電極間のすべての固有ジョセフソン接合からの発振電磁波の位相同期が起るので、強い強度をもつテラヘルツ電磁波発振を得ることができる。この試料はテラヘルツ電磁波の増幅デバイスとしても用いられる。さらに、テラヘルツ波放射現象の中でも低バイアスでの発振は、一般に素子内部のキャビティ共振に起因していると考えられ、連続体近似を用いて素子内部の電磁界分布を計算し、具体的なモードや発振周波数を求めた。以上により、コンパクトかつ簡単な素子構造で、実用化に向け最大の壁となっている「強度問題」をクリアーできる途を開いた。

  • Research Products

    (23 results)

All 2011

All Journal Article (10 results) (of which Peer Reviewed: 10 results) Presentation (13 results)

  • [Journal Article] MOMBE Growth of YBa_2Cu_3O_7 Thin Films with c-Axis, a-Axis and (103/110) Orientations on SrTiO_3 Substrate2011

    • Author(s)
      K.Endo
    • Journal Title

      IEEE Trans.Appl.Supercond

      Volume: Vol.21(3) Pages: 2771-2774

    • DOI

      10.1109/TASC.2011.2106753

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Beautiful' Unconventional Synthesis and Processing Technologies of Superconductors and Some Other Materials2011

    • Author(s)
      K.Endo, P.Badica
    • Journal Title

      Sci.Technol.Adv.Mater.

      Volume: Vol.12 Pages: 013001(1)-(13)

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Status in the Growth of Anisotropic Oxide Thin Films and Heterostruct ures for Future Electronics2011

    • Author(s)
      K.Endo, S.Arisawa
    • Journal Title

      World J.Eng.

      Volume: Suppl.8

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] In-plane Crystalline Orientations of LSMO/ZnO Double Layers2011

    • Author(s)
      K.Endo
    • Journal Title

      World J.Eng.

      Volume: Suppl.8

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Preparation of Bi-superconducting Grains Including Seed-Crystals by Shock Compaction2011

    • Author(s)
      K.Endo
    • Journal Title

      World J.Eng.

      Volume: Suppl.8

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Growth of Complex Epitaxial Multi-Component Oxide Thin Films and Heterostructures with Strong Anisotropy2011

    • Author(s)
      K.Endo, S.Arisawa
    • Journal Title

      Proc.Mater.Res.Soc.

      Volume: Vol.1368 Pages: 892-897

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Emission of Terahertz Electromagnetic Waves from Intrinsic Josephson Junction Arrays Embedded in Resonance LCR Circuits2011

    • Author(s)
      M.Tachiki
    • Journal Title

      Phys.Rev.B

      Volume: Vol.83 Pages: 014508(1-7)

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.83.014508

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Spin-triplet Vortex State in the Topological Superconductor Cu_xBi_2Se_32011

    • Author(s)
      M.Tachiki
    • Journal Title

      Phys.Rev.B

      Volume: Vol.83 Pages: 220513(R)(1-4)

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.83.220513

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Tunable Terahertz Emission from Bi_2Sr_2CaCu_2O_<8+d> Mesa Devices2011

    • Author(s)
      M.Tachiki
    • Journal Title

      Phys.Rev.B

      Volume: Vol.84 Pages: 064523(1-6)

    • DOI

      10.1103/PhysRevB84.064523

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Influence of Thermal Noise on Terahertz-Wave Radiation from Intrinsic Josephson Junctions2011

    • Author(s)
      T.Tachiki, T.Uchida
    • Journal Title

      Physica C

      Volume: Vol.471 Pages: 1206-1209

    • DOI

      10.1016/j.physc.2011.05.160

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] In-plane and Out-of plane Orientations of La(Sr)MnO_3/ZnO/Sappire-substrate and Lattice Matching Calculation2011

    • Author(s)
      K.Endo
    • Organizer
      Int.Symposium of Mater.Res.Soc.-J
    • Place of Presentation
      横浜情報文化センター(横浜)
    • Year and Date
      2011-12-20
  • [Presentation] Preparation of Bi-superconducting Crystal by Shock Compaction2011

    • Author(s)
      K.Endo, S.Arisawa
    • Organizer
      Int.Symposium of Mater.Res.Soc.-J
    • Place of Presentation
      横浜情報文化センター(横浜)
    • Year and Date
      2011-12-20
  • [Presentation] Fabrication of Thin Films of Bi-based Oxide Superconductors Using KC1 Flux2011

    • Author(s)
      S.Arisawa, K.Endo
    • Organizer
      Int.Symposium of Mater.Res.Soc.-J
    • Place of Presentation
      横浜情報文化センター(横浜)
    • Year and Date
      2011-12-20
  • [Presentation] 超伝導研究の歴史2011

    • Author(s)
      M.Tachiki
    • Organizer
      超電導磁束物理国際集会
    • Place of Presentation
      物質材料研究機構(つくば)(招待講演)
    • Year and Date
      2011-12-07
  • [Presentation] Calculation of Cavity Modes in Intrinsic Josephson Junctions for Terahertz-Wave Oscillators2011

    • Author(s)
      T.Tachiki, T.Uchida
    • Organizer
      The 6th East Asia Symposium on Superconductor Electronics (EASSE)
    • Place of Presentation
      山形大学(米沢)
    • Year and Date
      2011-10-27
  • [Presentation] Superconductivity 100 years, Present and Future2011

    • Author(s)
      M.Tachiki
    • Organizer
      第24回国際超伝導シンポジウム(ISS2011)
    • Place of Presentation
      タワーホール船堀(東京)(招待講演)
    • Year and Date
      2011-10-24
  • [Presentation] 超伝導100年記念講演、超伝導の歴史、現状と将来2011

    • Author(s)
      立木昌
    • Organizer
      日本物理学会
    • Place of Presentation
      富山大学(富山)(招待講演)
    • Year and Date
      2011-09-21
  • [Presentation] 高温超伝導体から発するテラヘルツ電磁波と、トポロジカル超伝導体の磁束状態2011

    • Author(s)
      M.Tachiki
    • Organizer
      The 13th International Workshop on Vortex Matter on Superconductors超伝導磁束国際会議
    • Place of Presentation
      Chicago (USA)(招待講演)
    • Year and Date
      2011-08-03
  • [Presentation] Crystalline Growths and Orientations of Double Layered Oxide Thin Films by IBS, and Oxygen-Plasma Effects on Low-Temperature Depositions2011

    • Author(s)
      K.Endo
    • Organizer
      19th Int.Conf.Composites/Nano-Engineering (ICCE-19), Oxide Nanocomposites & Heterostructures Symposium
    • Place of Presentation
      Shanghai (China)(招待講演)
    • Year and Date
      2011-07-28
  • [Presentation] High-quality Oxide Films with Perovskite-related Structure2011

    • Author(s)
      K.Endo
    • Organizer
      19th Int.Conf.Composites/Nano-Engineering (ICCE-19), Oxide Nanocomposites & Heterostructures Symposium Special Oxide Breakout Session
    • Place of Presentation
      Shanghai (China)(招待講演)
    • Year and Date
      2011-07-26
  • [Presentation] Preparation and Characterizations of Shocked Bi-Superconducting Crystal Grain by Annealing Effects2011

    • Author(s)
      K.Endo, S.Arisawa
    • Organizer
      19th Int.Conf.Composites/Nano-Engineering (ICCE-19), Oxide Nanocomposites & Heterostructures Symposium
    • Place of Presentation
      Shanghai (China)(招待講演)
    • Year and Date
      2011-07-26
  • [Presentation] Advanced Growth Method of High-quality Oxide Films with Perovskite-related Structure for Future Electronics2011

    • Author(s)
      K.Endo, S.Arisawa
    • Organizer
      19th Int.Conf.Composites/Nano-Engineering (ICCE-19), Oxide Nanocomposites & Heterostructures Symposium
    • Place of Presentation
      Shanghai (China)(基調講演)
    • Year and Date
      2011-07-25
  • [Presentation] Growth of Complex Epitaxial Multi-Component Oxide Thin Films and Heterostructures with Strong Anisotropy2011

    • Author(s)
      K.Endo, S.Arisawa
    • Organizer
      Mater.Res.Soc.Symposium
    • Place of Presentation
      San Francisco (USA)
    • Year and Date
      2011-05-27

URL: 

Published: 2013-06-26  

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