2014 Fiscal Year Research-status Report
新規グラフェンTHzプラズモニックデバイスの理論的検証
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26820122
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
佐藤 昭 東北大学, 電気通信研究所, 助教 (70510410)
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2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | グラフェン / テラヘルツ / プラズモン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、グラフェンTHzプラズモニック発生器におけるプラズモン不安定性発生原理の解明を中心とし、プラズモンを用いた発生デバイスを理論検証するための理論解析環境を構築した。以下に具体的な内容を示す：
１．非対称二重格子ゲート構造を有するグラフェントランジスタにおいて、高密度領域の非対称境界条件に起因するDyakonov-Shur不安定性と、低密度領域の電子集群作用に起因するRyzhii-Satou-Shur不安定性が同時に発現することを見い出した。さらに、不安定性の強度を表す成長指数は５×１０の１２乗毎秒を上回ることを示した。これは通常の化合物半導体ヘテロ構造二次元電子ガスを用いたデバイスと比較して一桁大きい値である。これはグラフェンプラズモニック発生器を用いた室温動作・高出力・単色コヒーレント発振の実現可能性を強く支持する結果であり、非常にインパクトが高い。
２．流体力学的非線形性、電子・ホール摩擦によるプラズモン減衰等を定量的に考慮するため、ボルツマン輸送方程式にキャリア間散乱項を入れた数値モデルの構築、シミュレータへの組み込みを行なった。
３．バンド間反転分布形成によりテラヘルツ利得を有するグラフェンにおいて、伝搬プラズモンの増幅、ハイドープ基板に存在する表面プラズモンとの結合に関する解析を行った。
４．グラフェン二重層における共鳴トンネルおよび熱放射輸送のモデル構築を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初計画では単ゲート構造グラフェントランジスタにおいて解析を進める予定であったが、より実用化に向いた非対称二重格子ゲート構造グラフェントランジスタにおいて巨大不安定性の発現およびその発生原理の解明をしたことは非常にインパクトが高く、室温動作可能な高出力・単色コヒーレントTHzプラズモニック発生器の実現を推し進める上で非常に意義のある結果である。このことから当初計画を上回る進展と言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度以降も非対称二重格子ゲート構造グラフェントランジスタにおけるプラズモン不安定性のさらなる解明を続ける。並行して、同構造における流体非線形性の解明とテラヘルツ検出器動作の検証を行なう。
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| Causes of Carryover |
次年度使用額は、当初計画していた研究成果発表を次年度に延期することによって生じたものであり、延期した研究成果発表に必要な経費として平成２７年度請求額と合わせて使用する予定である。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
スペイン・サラマンカで2015年6月に開催される国際学会19th International Conference on Electron Dynamics in Semiconductors, Optoelectronics, and Nanostructures (EDISON 19)で成果発表を行なう（発表確定）。
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