高温超電導テラヘルツ波発振素子の高精密物性研究応用

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 24654097
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 南 英俊 筑波大学, 数理物質系, 講師 (00190702)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 門脇 和男 筑波大学, 数理物質系, 教授 (00272170)
• Keywords: テラヘルツ / 高温超伝導 / ジョセフソン効果 / 光吸収係数

Research Abstract

本研究は、単色連続テラヘルツ波光源によるイメージング技術を利用した高精度のテラヘルツ帯光吸収係数計測技術を提案し、精密物性研究へ応用することを目的とした。
研究期間内に、国際会議のプロシーディングを含め論文発表１９件、学会発表３２件、特許出願１件を行った。論文と学会発表の内各１件は本研究課題の直接的成果であり、高温超伝導体テラヘルツ波発振素子を光源として上記技術を用いて、サブテラヘルツ周波数帯での水およびエタノールの光吸収係数を高精度に測定した結果と、Na2CO3水溶液のサブテラヘルツ波吸収係数を溶解度曲線と比較した結果を報告した。学会発表の内１件では高温超伝導体テラヘルツ波発振素子を窒素沸点以上の８０Kまで動作させることに成功したことを報告した。１７件の論文と３０件の学会発表は発振素子の動作理解とイメージング応用に関係したものである。特許出願は、単色連続テラヘルツ波光源によるテラヘルツ帯光吸収係数計測技術に関するものであり、本研究課題の直接的成果である。
高温超伝導体テラヘルツ波発振素子を用いた光吸収計測系については、光学系、試料セルと電気信号処理系の改良によって、0.5THz付近のサブテラヘルツ帯での水の光吸収係数を有効数字2.5桁の測定精度で計測できるまでに、また、試料の温度を５℃～６０℃の範囲で制御できるようになった。この計測系を用いてNa2CO3水溶液のサブテラヘルツ波吸収係数を測定し、溶解分子のイオン化、水和現象と溶解度の関係を水分子の振動吸収の観測から研究した。今後追加実験を行い研究成果を論文発表する予定である。また、高温超伝導体テラヘルツ波発振素子を液体窒素冷却で発振させることに成功し、購入した室温動作の小型ショットキーバリアダイオード検出器を使い液体ヘリウムフリーな光源＆検出系が可能になった（論文準備中）。小型軽量でポータブルな計測系の構築に道が開けた。

Research Products

• [Journal Article] Spectral investigation of hot spot and cavity resonance effects on the terahertz radiation from high-Tc superconducting Bi2Sr2CaCu2O8+δ mesas (2014)
  • Author(s): C. Watanabe, H. Minami, T. Yamamoto, T. Kashiwagi, R. A. Klemm, and K. Kadowaki
  • Journal Title: J. Phys. : Condens. Matter Volume: 26 Pages: 172201-1-10
  • DOI: 10.1088/0953-8984/26/17/172201
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Computed tomography image using sub-terahertz waves generated from a high-Tc superconducting intrinsic Josephson junction oscillator (2014)
  • Author(s): T. Kashiwagi, K. Nakade, Y. Saiwai, H. Minami, T. Kitamura, C. Watanabe, K. Ishida, S. Sekimoto, K. Asanuma, T. Yasui, Y. Shibano, M. Tsujimoto, T. Yamamoto, B. Markovic´, J. Mirkovic´, R. A. Klemm, and K. Kadowaki
  • Journal Title: APPLIED PHYSICS LETTERS Volume: 104 Pages: 082603-1-4
  • DOI: 10.1063/1.4866898
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Local SiC photoluminescence evidence of hot spot formation and sub-THz coherent emission from a rectangular Bi2Sr2CaCu2O8+δ mesa (2014)
  • Author(s): H. Minami, C. Watanabe, K. Sato, S. Sekimoto, T. Yamamoto, T. Kashiwagi, R. A. Klemm, and K. Kadowaki
  • Journal Title: PHYSICAL REVIEW B Volume: 89 Pages: 054503-1-9
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.89.054503
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Terahertz Oscillating Devices Based Upon the Intrinsic Josephson Junctions in a High Temperature Superconductor (2014)
  • Author(s): K. Delfanazari, H. Asai, M. Tsujimoto, T. Kashiwagi, T. Kitamura, K. Ishida, C. Watanabe, S. Sekimoto, T. Yamamoto, H. Minami, M. Tachiki, R. A. Klemm, T. Hattori, K. Kadowaki
  • Journal Title: J Infrared Milli Terahz Waves Volume: 35 Pages: 131-146
  • DOI: 10.1007/s10762-013-0027-y
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Reflection type of terahertz imaging system using a high-Tc superconducting oscillator (2014)
  • Author(s): T. Kashiwagi, K. Nakade, B. Markovic´, Y. Saiwai, H. Minami, T. Kitamura, C. Watanabe, K. Ishida, S. Sekimoto, K. Asanuma, T. Yasui, Y. Shibano, M. Tsujimoto,. T. Yamamoto, J. Mirkovic´, and K. Kadowaki
  • Journal Title: APPLIED PHYSICS LETTERS Volume: 104 Pages: 022601-1-5
  • DOI: 10.1063/1.4861602
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effects of magnetic fields on the coherent THz emission from mesas of single crystal Bi2Sr2CaCu2O8+δ (2013)
  • Author(s): T. Kitamura, T. Kashiwagi, M. Tsujimoto, K. Delfanazari, M. Sawamura, K. Ishida, S. Sekimoto, C. Watanabe, T. Yamamoto, H. Minami, M. Tachiki, and K. Kadowaki
  • Journal Title: Physica C Volume: 494 Pages: 117-120
  • DOI: 10.1016/j.physc.2013.05.011
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Continuous 30μW terahertz source by a high-Tc superconductor mesa structure (2013)
  • Author(s): S. Sekimoto, C. Watanabe, H. Minami, T. Yamamoto, T. Kashiwagi, R. A. Klemm, and K. Kadowaki
  • Journal Title: APPLIED PHYSICS LETTERS Volume: 103 Pages: 182601-1-5
  • DOI: 10.1063/1.4827094
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Quantum terahertz electronics (QTE) using coherent radiation from high temperature superconducting Bi2Sr2CaCu2O8+δ intrinsic Josephson junctions (2013)
  • Author(s): K. Kadowaki, M. Tsujimoto, K. Delfanazari, T. Kitamura, M. Sawamura, H. Asai, T. Yamamoto, K. Ishida, C. Watanabe, S. Sekimoto, K. Nakade, T. Yasui, K. Asanuma, T. Kashiwagi, H. Minami, M. Tachiki, T. Hattori, and R. A. Klemm
  • Journal Title: Physica C Volume: 491 Pages: 2-6
  • DOI: 10.1016/j.physc.2013.04.011
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Powerful terahertz emission from Bi2Sr2CaCu2O8+δ mesa arrays (2013)
  • Author(s): T. M. Benseman, K. E. Gray, A. E. Koshelev, W.-K. Kwok, U. Welp, H. Minami, K. Kadowaki, and T. Yamamoto
  • Journal Title: APPLIED PHYSICS LETTERS Volume: 103 Pages: 022602-1-4
  • DOI: 10.1063/1.4813536
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 固有ジョセフソン接合系Bi2212 単結晶を用いた発振素子の高出力化とその応用 (2014)
  • Author(s): 柏木隆成, 中出蔵馬, 安居昂紀, 幸良彦, 北村健郎, 石田和也, 関本俊佑, 渡辺千春, 浅沼健太郎, 柴野雄紀, 辻本学, 南英俊, 山本卓, 吉崎亮造, 門脇和男
  • Organizer: 日本物理学会第69回年次大会
  • Place of Presentation: 東海大学 湘南キャンパス（神奈川）
  • Year and Date: 20140327-20140330
• [Presentation] 固有ジョセフソン接合系Bi2212 単結晶メサ構造の磁場下におけるTHz 波発振特性V (2014)
  • Author(s): 北村健郎, 柏木隆成, 辻本学, 関本俊佑, 石田和也, 渡辺千春, 浅沼健太郎, 安居昂紀, 中出蔵馬, 柴野雄紀, 山本卓, 南英俊, 門脇和男
  • Organizer: 日本物理学会第69回年次大会
  • Place of Presentation: 東海大学 湘南キャンパス（神奈川）
  • Year and Date: 20140327-20140330
• [Presentation] 高温超伝導体THz波発振デバイスに生じるHot spotの操作と観察 (2014)
  • Author(s): 渡辺千春, 南英俊, 関本俊祐, 北村健郎, 石田和也, 浅沼健太郎, 中出蔵馬, 安居昴紀, 幸良彦, 柴野雄紀, 山本卓, 柏木隆成, 門脇和男
  • Organizer: 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 青山学院大学 相模原キャンパス（神奈川）
  • Year and Date: 20140317-20140320
• [Presentation] 固有ジョセフソン接合発振素子を用いた反射型THzイメージング及びTHz-CT装置の開発 (2014)
  • Author(s): 中出蔵馬, 柏木隆成, 幸良彦, 関本俊佑, 渡辺千春, 北村健郎, 石田和也, 浅沼健太郎, 安居昂紀, 柴野雄紀, 山本卓, 南英俊, 門脇和男
  • Organizer: 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 青山学院大学 相模原キャンパス（神奈川）
  • Year and Date: 20140317-20140320
• [Presentation] 高温超伝導テラヘルツ波発振デバイスの高温動作 (2014)
  • Author(s): 南英俊, 関本俊佑, 柴野雄紀, 北村健郎, 柏木隆成, 渡辺千春, 中出蔵馬, 石田和也, 浅沼健太郎, 安居昴紀, 幸良彦, 山本卓, 門脇和男
  • Organizer: 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 青山学院大学 相模原キャンパス（神奈川）
  • Year and Date: 20140317-20140320
• [Presentation] A terahertz imaging system using high Tc superconducting oscillators fabricated from the Bi2212 single crystals (2014)
  • Author(s): T. Kashiwagi, K. Nakade, Y. Saiwai, H. Minami, T. Kitamura, C. Watanabe, K. Ishida, S. Sekimoto, K. Asanuma, T. Yasui, Y. Shibano, K. Kadowaki , M. Tsujimoto , T. Yamamoto, B. Markovic, J. Mirkovic
  • Organizer: APS March Meeting 2014
  • Place of Presentation: Colorado Convention Center(USA, Denver)
  • Year and Date: 20140303-20140307
• [Presentation] 温超伝導体Bi2212単結晶メサ構造を用いたTHz波発振素子の高出力化に向けた最適構造の開拓 (2013)
  • Author(s): 安居昂紀, 柏木隆成, 北村健郎, 関本俊佑, 石田和也, 渡辺千春, 浅沼健太郎, 中出蔵馬, 山本卓, 南英俊, 門脇和男
  • Organizer: 日本物理学会2013年秋季大会
  • Place of Presentation: 徳島大学 常三島キャンパス（徳島）
  • Year and Date: 20130925-20130928
• [Presentation] 高温超伝導体単結晶Bi2Sr2CaCu2O8+δを用いたTHz波発振素子における高周波化への試み (2013)
  • Author(s): 浅沼健太郎, 柏木隆成, K. Delfanzari, 北村健郎, 石田和也, 関本俊佑, 渡辺千春, 中出蔵馬, 安居昴紀, 辻本学, 山本卓, 南英俊, 門脇和男
  • Organizer: 日本物理学会2013年秋季大会
  • Place of Presentation: 徳島大学 常三島キャンパス（徳島）
  • Year and Date: 20130925-20130928
• [Presentation] 固有ジョセフソン接合系Bi2212単結晶を用いた発振素子の制御と複数動作の試みII (2013)
  • Author(s): 柏木隆成, 安居昴紀, 辻本学, K. Delfanazari, 北村健郎, 石田和也, 関本俊佑, 渡辺千春, 浅沼健太郎, 中出蔵馬, 南英俊, 山本卓, 吉崎亮造, 門脇和男
  • Organizer: 日本物理学会2013年秋季大会
  • Place of Presentation: 徳島大学 常三島キャンパス（徳島）
  • Year and Date: 20130925-20130928
• [Presentation] 固有ジョセフソン接合系Bi2212単結晶メサ構造の磁場下におけるTHz波発振特性IV (2013)
  • Author(s): 北村健郎, 柏木隆成, 辻本学, K. Delfanazari, 石田和也, 関本俊佑, 渡辺千春, 浅沼健太郎, 安居昴紀, 中出蔵馬, 山本卓, 南英俊, 門脇和男
  • Organizer: 日本物理学会2013年秋季大会
  • Place of Presentation: 徳島大学 常三島キャンパス（徳島）
  • Year and Date: 20130925-20130928
• [Presentation] 高温超伝導テラヘルツ波発振素子からの30μW級発振 (2013)
  • Author(s): 関本俊佑, 南英俊, 渡辺千春, 中出蔵馬, 北村健郎, 石田和也, 浅沼健太郎, 安居昴紀, 山本卓, 柏木隆成, 門脇和男
  • Organizer: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 同志社大学 京田辺キャンパス（京都）
  • Year and Date: 20130916-20130920
• [Presentation] 高温超伝導THz波発振デバイスに生じるhot-spotの位置制御 (2013)
  • Author(s): 渡辺千春, 南英俊, 関本俊佑, 中出蔵馬, 山本卓, 北村健郎, 浅沼健太郎, 安居昴紀, 柏木隆成, 門脇和男
  • Organizer: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 同志社大学 京田辺キャンパス（京都）
  • Year and Date: 20130916-20130920
• [Presentation] 高温超伝導THz波発振素子による液体試料の精密光吸収係数測定 (2013)
  • Author(s): 中出蔵馬, 南英俊, 関本俊佑, 渡辺千春, 北村 健郎, 石田和也, 浅沼健太郎, 安居昂紀, 山本卓, 柏木隆成, 門脇和男
  • Organizer: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 同志社大学 京田辺キャンパス（京都）
  • Year and Date: 20130916-20130920