2013 Fiscal Year Annual Research Report
固有ジョセフソン接合の非線形光応答によるテラヘルツ波放射機能性の発現
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24360116
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
中島 健介 山形大学, 理工学研究科, 教授 (70198084)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
斗内 政吉 大阪大学, レーザーエネルギー学研究センタ, 教授 (40207593)
齊藤 敦 山形大学, 理工学研究科, 准教授 (70313567)
山田 博信 山形大学, 理工学研究科, 助教 (50400411)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | テラヘルツ / ジョセフソン接合 / 高温超伝導 / 非線形光応答 |
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| Research Abstract |
テラヘルツ波と呼ばれる周波数0.1～10THz（波長3mm～30μm）の電磁波は，シームレスなワイヤレス高速大容量通信応用はもちろんの，化学物質の分析や低侵襲透過イメージングをとおして新しい応用分野への活用も期待されている未開拓の周波数資源であるにも関わらず応用に必要な出力を持つ光源の開発が遅れている。本研究では，超伝導エネルギーギャップが大きくテラヘルツ波領域でも電子対破壊による散逸の無いBi2Sr2CaCu2O8高温超伝導体（以下，Bi-2212と記す）の結晶構造内に自然に形成されている固有ジョセフソン接合列とその非線形光応答を活用した高温超伝導テラヘルツ波発振の実現を目指している。
これまでの報告から，Bi-2212固有ジョセフソン接合列から単色の強いテラヘルツ波を発生させるには，(1)交流ジョセフソン効果によるテラヘルツ電流の発生，(2)固有ジョセフソン接合（結晶）のキャビティ共鳴，(3)多重接合の同期動作の３つの条件が同時に満たされる必要があると考えられている。
平成２５年度は，これまでのメサ型に代わる精密な電圧測定と実用化に適した構造を特徴とするBi-2212薄膜固有ジョセフソン接合を作製しテラヘルツ波の放射を確認した。その結果，常伝導抵抗電圧降下を補正することなく放射周波数fと接合電圧Vの間に交流ジョセフソン効果を示す量子関係が成り立っていること，すなわち条件（１）を実証し，強いテラヘルツ波放射が観測された周波数と接合サイズとの間には条件（２）も満たされていることを確認した。次にこれらの知見に基づいて，我々の目的とするBi-2212固有ジョセフソン接合列の非線形光応答によるテラヘルツ波の発生を実証するため極短パルスレーザー照射に適したさらに新しい構造の埋め込み型実固有ジョセフソン接合を設計・製作し，製作した接合が固有ジョセフソン接合特有の電圧電流特性と臨界電流の温度依存性を示すことを確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
計画達成に不可欠な放熱性に優れた薄膜段差型固有ジョセフソン接合の開発を完了してることに加え，電流注入によるテラヘルツ波の発生まで成功している。薄膜型接合からのテラヘルツ波放射の実現は世界初であり，交流ジョセフソン関係式の直接検証といった学術的な成果につながっただけでなく実用的なデバイスを開発するうえでも順調な進展であった。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度は，大阪大学と共同で平成２５年度に製作した埋め込み型薄膜固有ジョセフソン接合への極短パルスレーザー照射により接合電流の超高速スイッチングに対する固有ジョセフソン接合の非線形応答による高強度広帯域テラヘルツ波放射を確認する。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
レーザー照射実験を全て大阪大学にて効率的に行うこととし，レーザー装置の購入費として計上していた経費を節減したため。
今後のデバイス作製費ならびに電気特性測定システムの整備に充てる。
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[Journal Article] NbN-Based Microwave Kinetic Inductance Detector with a Rewind Spiral Resonator for Broadband Terahertz Detection2013
Author(s)
S.Ariyoshi, K.Nakajima,A.Saito, T.Taino, H. Tanoue, K.Koga, N.Furukawa, H.Yamada, S.Ohshima, C. Otani, and J. Bae
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Journal Title
Applied Physics Express
Volume: 6
Pages: 064103_1-3
DOI
Peer Reviewed
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