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2013 Fiscal Year Annual Research Report

単色・広帯域周波数可変(0.3~3THz)固有ジョセフソン連続波発振器

Research Project

Project/Area Number 25289108
Research InstitutionNational Institute for Materials Science

Principal Investigator

WANG Huabing  独立行政法人物質・材料研究機構, その他部局等, その他 (70421427)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 羽多野 毅  独立行政法人物質・材料研究機構, その他部局等, その他 (50354337)
Project Period (FY) 2013-04-01 – 2016-03-31
Keywordsテラヘルツ光 / 固有ジョセフソン効果 / メタマテリアル / 分子指紋スペクトラム / テラヘルツ画像診断
Research Abstract

高温超伝導体固有ジョセフソン接合テラヘルツ光源をメタマテリアル・フォトニック結晶実験に用いるべく、放射光線幅の狭線幅化に成功した。固有ジョセフソン接合の高バイアス条件で生成するHOT-SPOTにより、接合列の結合が強まり、コヒーレンスが向上することで、これまで報告されてきた線幅数百MHzが、発振周波数の10-5に相当する5MHzを達成した。この様な単色の光源がえられたことで、今後のメタマテリアル・フォトニック結晶実験の精度向上が見込まれる。この単色化を反映して、ジョセフソン接合を用いたShapiroステップの観測に成功した。さらに、もう一桁の向上が得られれば、通信技術・分光技術にとっても有用なツールとなる。
このテラヘルツ光源を画像診断実験・スペクトロスコピー実験・メタマテリアル特性評価実験に効率的に適用するため、一つの装置に光源・被評価試料・検出器の三つの機能を搭載したクライオスタットを昨年度の当該科研費で自作した。今後の実用試験が楽しみである。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

(a)Bi2212単結晶の浮遊帯移動法による合成では、大型高品質の単結晶の合成に成功した。Y添加についてもウイスカー結晶の合成を試みた。
(b)Bi2212単結晶の精密制御では、雰囲気制御電気炉での精密なアニールを実施し、より最適ドープ条件に近い結晶で、(c)THzキャビティ加工技術の高度化と合わせて、1.0THzを超える発振を初めて観測した。
(d)THz放射強度(周波数)と接合平面内定在波励起モードの同時観測は、光源・被測定試料・検出器を組み込んだ装置で実現に道筋をつけた。
(e)数理モデルによる大規模数値計算では、HOTSPOT存在条件での発振即製の解析を行った。
(f)準光学系設計・アンテナ工学(電磁界解析)を適用した、放射強度の増大・指向性向上・偏光性向上の検討では、様々な条件でのシミュレーションを開始した。

Strategy for Future Research Activity

(a)THz発振の周波数同期・位相同期では、数百~数千の接合列を位相整合させる駆動力はhot spot生成による分流回路の形成にその端緒をなす。従って、hot spot生成の詳細を電流-電圧特性の変化による温度評価・温度直接測定・電熱シミュレーションにより明らかにする。その理解の上で、固有ジョセフソン接合列の駆動電源を位相同期ループで制御することで、線幅を発振周波数に対して10-6以下にすることを試みる。コヒーレンスの向上は、強度の増大にもつながる。
(b)THz帯SIS受信機の開発では、固有ジョセフソン接合を狭線幅のTHz帯ローカル発振器として用い、これを高温超伝導体を用いたTHz帯SIS接合やHEBと組み合わせることで、THz帯のSIS接合ミクサ・HEBヘテロダイン受信機を構成し、従来の金属系超伝導体を用いた素子では適用できない、THz超の帯域の観測を可能とする。
(c)メタマテリアル技術との融合では、超伝導体のパターンに磁界印加による遮蔽電流を流す、または磁束量子配列を制御して、メタマテリアル機能を設計し、固有ジョセフソンTHz発振器を用いてその特性を評価する。この超伝導体を用いる手法の利点は、磁界強度を変えることで、同じパターンでも連続的にメタマテリアル特性制御できることにある。
(d)生体分子・危険物・禁止薬物などの高分解能“指紋スペクトラム”の測定を行い、狭線幅・周波数可変光源の応用用途を探る。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

3月の旅費が確定していなかったため
物品費として使用する

  • Research Products

    (14 results)

All 2013

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (10 results) (of which Invited: 6 results)

  • [Journal Article] Direct observation of the depairing current density in single-crystalline Ba0.5K0.5Fe2As2 microbridge with nanoscale thickness2013

    • Author(s)
      Jun Li, et. al.,
    • Journal Title

      APPLIED PHYSICS LETT

      Volume: 103 Pages: 062603-1, 5

    • DOI

      10.1063/1.4818127

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] An Approach to Use a Raw Single Crystal Whisker as Intrinsic Josephson Junctions Stacks2013

    • Author(s)
      Sirakant Saini, Huabing Wang, Takeshi Hatano, Sangjae Kim
    • Journal Title

      JOURNAL OF SUPERCONDUCTIVITY AND NOVEL MAGNETISM

      Volume: 26 Pages: 2709-2712

    • DOI

      10.1007/s10948-012-2078-z

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Characterization of Superconducting Thin Films by Scanning SQUID Microscopy2013

    • Author(s)
      Characterization of Superconducting Thin Films by Scanning SQUID Microscopy
    • Journal Title

      IEEJ TRANSACTIONS ON SENSORS AND MICROMACHINES

      Volume: 133 Pages: 312-313

    • DOI

      10.1541/ieejsmas.133.312

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Peak effect in optimally doped p-type single-crystal Ba0.5K0.5Fe2As2 studied by ac magnetization measurements2013

    • Author(s)
      J. Ge, J. Gutierrez, J. Li, J. Yuan, H.B. Wang, K. Yamaura, E. Muromachi and V. V. Moshchalkov
    • Journal Title

      PHYSICAL REVIEW B

      Volume: 88 Pages: 144505-1-7

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.88.144505

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] THz emission from intrinsic Josephson junctions2013

    • Author(s)
      T. Hatano, et al.,
    • Organizer
      日本物理学会第68回年会
    • Place of Presentation
      徳島市
    • Year and Date
      20130925-20130928
  • [Presentation] Phenomenological aspects on THz emission from the intrinsic Josephson junctions2013

    • Author(s)
      T. Hatano, et al.,
    • Organizer
      European Society of Applied Superconductivity
    • Place of Presentation
      Genova, Italy
    • Year and Date
      20130915-20130919
  • [Presentation] Towards Practical Applications of THz Josephson Oscillator with Sub -mW Power and 500 GHz Frequency Tunabikity.2013

    • Author(s)
      H. B. Wang, et al.,
    • Organizer
      IRMMW-THZ2013
    • Place of Presentation
      マインツ,ドイツ
    • Year and Date
      20130901-20130906
    • Invited
  • [Presentation] Coherent and Powerful Terahertz Radiation from Intrinsic Josephson Junctions in the Hotspot Region2013

    • Author(s)
      T. Hatano, et al.,
    • Organizer
      2nd Workshop on THz Radiation from Intrinsic Josephson Junctions
    • Place of Presentation
      筑波大学
    • Year and Date
      20130830-20130830
    • Invited
  • [Presentation] Evolution of Internal Energy Distribution and Terahertz Radiation of a Josephson junctions stack2013

    • Author(s)
      J. Yuan, et al.,
    • Organizer
      International Superconducting Electronics Conference 2013
    • Place of Presentation
      ケンブリッジ,アメリカ
    • Year and Date
      20130707-20130711
    • Invited
  • [Presentation] Observation of up to 7 Shapiro steps in an YBCO grain boundary Josephson junction excited with a powerful BSCCO THz oscillator at 500 GHz: Towards an integrated receiver2013

    • Author(s)
      H. B. Wang, et al.,
    • Organizer
      International Superconducting Electronics Conference 2013
    • Place of Presentation
      ケンブリッジ,アメリカ
    • Year and Date
      20130707-20130711
  • [Presentation] 3D THz-class ultrafast device, intrinsic Josephson junctions2013

    • Author(s)
      Huabing WANG
    • Organizer
      Norway-NIMS Workshop
    • Place of Presentation
      物質・材料研究機構
    • Year and Date
      20130529-20130529
    • Invited
  • [Presentation] Terahertz emission and detection both based on high-Tc superconductors2013

    • Author(s)
      H. B. Wang, et al.,
    • Organizer
      14th Vortex Matter Conference
    • Place of Presentation
      南京,中国
    • Year and Date
      20130521-20130528
    • Invited
  • [Presentation] THz oscillator using intrinsic Josephson junctions2013

    • Author(s)
      T. Hatano, et al.,
    • Organizer
      超伝導エレクトロニクス第146委員会 第90回研究会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      20130418-20130418
    • Invited
  • [Presentation] Towards practical applications of widelytunable THz sources made of high-Tc layered BiSrCaCuO-2212 superconductors2013

    • Author(s)
      H. B. Wang, et al.,
    • Organizer
      The 24th International Symposium on Space Terahertz Technology
    • Place of Presentation
      University of Groningen,フローニンゲン,オランダ
    • Year and Date
      20130407-20130410

URL: 

Published: 2015-05-28  

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