2016 Fiscal Year Annual Research Report
Theoretical Verification of Novel Graphene Terahertz Plasmonic Devices
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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 |
前年度に引き続き、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を中心として解析を行なった。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ける、高密度領域の非対称境界条件に起因するDyakonov-Shur(DS)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(RSS)不安定性の同時発現について、第一に、プラズモン周波数と不安定性指数のゲート長依存性を定量的に明らかにした。高密度領域が形成されるゲート１の長さを変化させるとプラズモン周波数および不安定性指数は大きく変化した一方、低密度領域が形成されるゲート２の長さにはどちらもほぼ依存せず、従ってゲート１下のプラズモンがより大きく自励発振していることが明らかになった。第二に、プラズモン振幅と電子散乱レート依存性を明らかにした。電子散乱レートを１０の１２乗から１０の１３乗毎秒まで変化させたとき、プラズモン振幅はほぼ散乱レートに反比例することを明らかにした。
2.バンド間反転分布形成によるプラズモン巨大増幅を妨げる要因の一つである、オージェ過程の数値解析を目的とし、線形エネルギー分散の電子間相互作用による補正、すなわちスペクトル関数を評価した。特にスペクトル関数の幅の温度依存性に着目し解析した結果、キャリア温度が低いほど幅が狭くなり、オージェ過程が抑制できることが示された。このことから、光ポンプにおいては光子エネルギーの低いポンプ光がより反転分布形成がされやすくなると言える。また、光ポンプよりも電流注入の方が、よりキャリア温度の上昇を抑えることができるため、反転分布形成に優位であると言える。
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