2023 Fiscal Year Annual Research Report
Development of fundamental technologies for practical superconducting terahertz oscillation devices
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21K04189
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
中島 健介 山形大学, 大学院理工学研究科, 客員教授 (70198084)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
齊藤 敦 山形大学, 大学院理工学研究科, 教授 (70313567)
山田 博信 山形大学, 大学院理工学研究科, 助教 (50400411)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 固有ジョセフソン接合 / テラヘルツ波 / 超伝導 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
２０２２年度までに、Ｂｉ２２１２高温超伝導体の超伝導臨界温度以下で動作する固有ジョセフソン接合（Intrinsic Josephson Junction:ＩＪＪ）テラヘルツ波発振デバイスを実用化する上で接合を最適な動作温度に制御する必要性から発振動作時のＩＪＪの実温度とＩＪＪから熱浴への放熱性をＩＪＪの電圧－電流特性から評価する手法を確立し、Ｂｉ２２１２‐ＩＪＪから持続したテラヘルツ波を発振させるためにはジョセフソン関係式を満たす接合電圧だけでなく周波数に応じて接合温度を最適な値に保つ必要があることを明らかにした。また、バルクメサ型ＩＪＪと本研究で提案している薄膜段差型／薄膜メサ型ＩＪＪとの接合温度と放熱特性を一次元熱伝導モデルによって解析した結果、放熱性を妨げている主な要因が基板とＢｉ－２２１２の間の接着層にあることを明らかにした。このことは他の研究グループが採用しているスタンドアローン型ＩＪＪや本研究グループが取り組んできた接着層の無い薄膜段差型／薄膜メサ型によるＢｉ２２１２‐ＩＪＪテラヘルツ波発振デバイスがＩＪＪテラヘルツ放射デバイスとして有用であることを強く示唆している。また、一次元モデルによる熱伝導解析の結果は、結晶接着層を持たないＩＪＪテラヘルツ波発振デバイスが液体窒素温度で十分動作可能であることを示している一方で、固有ジョセフソン接合として機能するＢｉ２２１２結晶自体のｃ軸方向の熱伝導性が低いためにｃ軸長すなわちテラヘルツ波の発振強度を左右するジョセフソン接合の直列数が制限されることを意味している。このことから今後より高強度のテラヘルツ波を得るためには、複数ＩＪＪによるテラヘルツ波発振アレイデバイスの実現が不可欠と考えられる。
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