Creation of electronic and photonic integrated devices using meta-electronics

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H04552
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 21:Electrical and electronic engineering and related fields
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: Suzuki Safumi 東京工業大学, 工学院, 准教授 (40550471)
• Project Period (FY): 2021-04-05 – 2024-03-31
• Keywords: メタマテリアル / 共鳴トンネルダイオード / テラヘルツ

Outline of Final Research Achievements

In this study, we proposed a novel terahertz active metamaterial using resonant tunneling diodes (RTDs) and small antennas. We succeeded in obtaining ~100 GHz broadband amplification characteristics centered around 200 GHz from an RTD active metamaterial that was rendered non-oscillating by resistances. We also experimentally demonstrated that a coherent output power combination at 500 GHz was achieved in a two-dimensional array device in which RTD meta-atoms were resistively coupled. Furthermore, we showed that a broadband comb-like spectrum was generated when the RTD active metamaterial was coupled to an external dielectric waveguide.

Free Research Field

電子デバイス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究により、共鳴トンネルダイオード（RTD）というテラヘルツ帯電磁波から見ると微小なデバイスについて、それをメタマテリアル化することで、平面型のデバイスに拡張することに成功し、電磁波と直接相互作用ができる形態にできることを明らかにした。これにより、電磁波の直接増幅やコヒーレント結合による面発光レーザーのような動作が得られ、さらに、広帯域のコム状スペクトルなど興味深い新たな動作も得られ、従来の電子デバイスの動作を超える動作を引き出すことに成功した。また、コヒーレント動作により得られたミリワット出力は、動作周波数においてレコード出力であり、テラヘルツ応用実用化へのカギとなり得るものである。