2016 Fiscal Year Annual Research Report
Development of high-power Terahertz-wave oscillators using stably-biased intrinsic Josephson junctions
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26420291
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| Research Institution | 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群) |
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Principal Investigator |
立木 隆 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工, 電気情報学群, 准教授 (60531796)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
内田 貴司 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工, 電気情報学群, 教授 (50531802)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | テラヘルツ波 / 発振素子 / 銅酸化物高温超伝導体 / サイン・ゴードン方程式 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
銅酸化物高温超伝導体に内在する固有ジョセフソン接合によるテラヘルツ波発振素子の高出力化を目的に、最終年度である平成28年度では総合評価に関わる(1)バイアス条件の検討と(2)素子の設計・製作を行った。とりわけ理論的検討により、これらの研究に進展があった。
(1) バイアス条件の検討・・・固有ジョセフソン接合の電磁現象を記述する結合サイン・ゴードン方程式を用いてテラヘルツ波放射も含めたエネルギー収支（保存関係）を計算した。この結果により、テラヘルツ波放射のバイアス範囲からバイアス点が外れる際、テラヘルツ波の放射電力が全て一度に直流電力に戻るのではなく、素子に近接した領域の放射（見かけの放射電力）を介して直流電力に戻り、放射が停止することが分かった。つまりバイアス範囲の物理的解釈に見かけの放射電力が重要であることを示唆した。
(2) 素子の設計・製作・・・昨年度は素子材料であるBi系高温超伝導体のキャリア量をアンダードープにして容量性負荷を装荷することにより安定発振できる素子の製作を試みた。しかしながら、放射のバイアス範囲が狭く、発振の持続性が悪化した結果となった。この解釈として（1）と同様の手法によりキャリアドープ量の異なる素子に対して数値シミュレーションを行うことにより実験結果を定性的に再現した。その解釈としてキャリア量がアンダードープになるにしたがって発振部の共振系のQ値が上昇し、その高いQ値を確保した発振を交流ジョセフソン効果で起こすことができるか否かでバイアス範囲が制限されることが分かった。それとは反対にキャリア量を2倍程度増加させるとバイアス範囲が20%程度増加することを示した。
以上の結果を素子製作および測定時のバイアス制御に反映することにより、安定した高出力発振が期待できる。
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