高温超伝導体の固有ジョセフソン接合系によるテラヘルツ波発振器の開発

• 研究課題/領域番号: 11J01308
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 物性Ⅱ(磁性・金属・低温)(実験)
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 辻本 学 筑波大学, 大学院・数理物質科学研究科, 特別研究員(DC2)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2012
• 研究課題ステータス: 完了 (2012年度)
• 配分額: 1,300千円 (直接経費: 1,300千円); 2012年度: 600千円 (直接経費: 600千円); 2011年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
• キーワード: 銅酸化物高温超伝導体 / 単結晶 / ジョセフソン効果 / テラヘルツ波 / テラヘルツイメージング

研究概要

1本研究の課題は、高温超伝導体に内在する固有ジョセフソン接合系でテラヘルツ発振が起こる同期メカニズムの解明と、この現象を利用したコヒーレントテラヘルツ光源素子の開発である。
本研究で開発している発振素子の最も画期的な点は、高温超伝導体の単結晶材料そのものを微小ジョセフソン接合の集積素子として捉え直した点である。研究代表者は典型的な銅酸化物高温超伝導体であるBi2Sr2CaCu208.δの単結晶をフォトリソグラフィーや集束イオンビーム加工法などを駆使して微細加工し、チップ上に作製した素子の電流電圧特性、分光測定、放射パターン測定を詳細に行った。さらに素子の応用に関する研究として、研究代表者はテラヘルツ光源素子を実際に組み込んだ透過型テラヘルツイメージング装置の開発を行った。この装置を用いることで様々な物質のテラヘルツ透過像を簡単に撮影することができるようになり、固有ジョセフソン接合素子の応用の可能性を大いに広げたと言える。
本年度の研究で得られた結果は、国際学会で2件の口頭発表、ならびに2件のポスター発表で公開した。また国内学会では3件の口頭発表、および1件のポスター発表を行った。このうち国際学会1件、国内学会1件の口頭発表は招待講演として講演を行った。透過型テラヘルツイメージング装置の測定原理と結果の詳細についてまとめた論文は、学術雑誌、Joumal of Apphed Physicsに2012年6月に掲載された。また、この装置を用いて液体サンプルのテラヘルツ波吸収係数を高精度に測定する手法を考案し、「テラヘルツ帯域光による試料透過光の取得処理方法及びその装置」という名称で2012年2月に特許出願を行った。

研究成果

• [雑誌論文] THz・wave emission from inner l・V branches of intrinsic Josephson junctionsin Bi2Sr2CaCu2O8+s (2012)
  • 著者名/発表者名: M.Tsujimoto, T.Yamamoto, K.Delfanazari, R. Nakayama, N.Orita, T.Koike, K.Deguchi, T.Kashiwagi, H.Minami, K. Kadowaki
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 400 号: 2 ページ: 022127-022127
  • DOI: 10.1088/1742-6596/400/2/022127
  • 査読あり
• [雑誌論文] Terahertz imaging system using high-Tc superconducting oscillation devices (2012)
  • 著者名/発表者名: M.Tsujimoto, H.Minami, K.Delfanazari, M.Sawamura, R.Nakayama, T.Kitamura, T.Yamamoto, T.Kashiwagi, T.Hattori, K.Kadowaki
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 400 号: 12 ページ: 123111-123111
  • DOI: 10.1063/1.4729799
  • 査読あり
• [雑誌論文] THz-wave Emission from Inner I-V Branches of Intrinsic Josephson Junctions in Bi_2Sr_2CaCu_2O_<8+δ> (2012)
  • 著者名/発表者名: M.Tsujimoto, T.Yamamoto, K.Delfanazari, R.Nakayama, N.Orita, T.Koike, K.Deguchi, T.Kashiwagi, H.Minami, K.Kadowaki
  • 雑誌名: Journal of Physics : Conference Series 巻: (未定)(受理済,2012年中に掲載予定)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Broadly Tunable Subterahertz Emission from Internal Branches of the Current-Voltage Characteristics of Superconducting Bi_2Sr_2CaCu_2O_<8+δ> Single Crystals (2012)
  • 著者名/発表者名: M.Tsujimoto, T.Yamamoto, K.Delfanazari, R.Nakayama, T.Kitamura, M.Sawamura, T.Kashiwagi, H.Minami, M.Tachiki, K.Kadowaki, R.A.Klemm
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 108 号: 10
  • DOI: 10.1103/physrevlett.108.107006
  • 査読あり
• [学会発表] 高温超伝導体Bi2212からの周波数可変テラヘルツ発振 (2013)
  • 著者名/発表者名: 辻本学
  • 学会等名: 日本物理学会第68回年次大会
  • 発表場所: 広島大学(広島県)(招待講演)
  • 年月日: 2013-03-27
• [学会発表] Tunable THz radiation from intrinsic Josephson junctions in Bi2Sr2CaCu208+s in a localized phase rotating mode (2013)
  • 著者名/発表者名: M.Tsujimoto, K.Delfanazari, M.Sawamura, T.Kitamura, K.Ishida, C.Watanabe, S.Sekimoto, T.Yamamoto, T Kashiwagi, H.Minami, K.Kadowaki
  • 学会等名: 2013 American Physical Society March Meeting
  • 発表場所: ボルティモア(アメリカ)
  • 年月日: 2013-03-19
• [学会発表] Design and analysis of the radiation pattern for the high-Tc superconducting THz source (2013)
  • 著者名/発表者名: M.Tsujimoto, K.Delfanazari, T.Kitamura, M.Sawamura, K.Ishida, S.Sekimoto, C.Watanabe, T.Yamamoto, T.Kashiwagi, H.Minami, K.Kadowaki
  • 学会等名: MANA International Symposium 2013
  • 発表場所: エポカルつくば(茨城県)
  • 年月日: 2013-02-27
• [学会発表] Bi-2212固有ジョセフソン接合系の局在位相回転モードとTHz発振 (2012)
  • 著者名/発表者名: 辻本学, Kaveh Delfanazari, 澤村真史, 北村健郎, 石田和也, 関本俊佑, 渡辺千春, 山本卓, 柚木隆成, 南英俊, 門脇和男
  • 学会等名: 第20回渦糸物理国内会議
  • 発表場所: 鷲羽山下電ホテル(岡山県)
  • 年月日: 2012-12-09
• [学会発表] Broadly tunable sub-terahertz radiation from high-Tc superconductingB12Sr2CaCu2O8+〓single crystals (2012)
  • 著者名/発表者名: M.Tsujimoto, K.Delfanazari, T.Kitamura, M.Sawamura, K.Ishida, S.Sekimoto, C.Watanabe, H.Asai, T.Yamamoto, T.Kashiwagi, H.Minami, R.A.Klemm, M.Tachiki, K.Kadowaki
  • 学会等名: 25th International Superconductivity Symposium
  • 発表場所: タワーホール船堀(東京都)(招待講演)
  • 年月日: 2012-12-05
• [学会発表] THz imaging system using high-Tc superconducting devices (2012)
  • 著者名/発表者名: M.Tsujimoto, K.Delfanazari, M.Sawamura, T.Kitamura, K.Ishida, C.Watanabe, S.Sekimoto, T.Yamamoto, T.Kashiwagi, H.Minami, K.Kadowaki
  • 学会等名: International Symposium on Frontiers 1n THz , Technology
  • 発表場所: 東大寺総合文化センター
  • 年月日: 2012-11-29
• [学会発表] 銅酸化物高温超伝導体Bi2212発振素子の広帯域チューニング特性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 辻本学, Kaveh Delfanazari, 石田和也, 関本俊佑, 渡辺千春, 北村健郎, 澤村真史, 山本卓, 柏木隆成, 南英俊, 門脇和男
  • 学会等名: JST CREST 『新機能創成に向けた一光・光量子科学技術』研究領域第5回公開シンポジウム
  • 発表場所: 日本科学未来館(東京都)
  • 年月日: 2012-11-23
• [学会発表] B12212固有ジョセフソン接合系におけるTHz発振の広帯域可変周波数特性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 辻本学, Kaveh Delfanazari, 澤村真史, 北村健郎, 石田和也, 関本俊佑, 渡辺千春, 山本卓, 柏木隆成, 南英俊, 門脇和男
  • 学会等名: 日本物理学会2012年秋季大会
  • 発表場所: 横浜国立大学(神奈川県)
  • 年月日: 2012-09-20
• [学会発表] Bi_2Sr_2CaCu_<8+δ>固有ジョセフソン接合からのTHz波放射の集光系による空洞共振モードの解析と評価 (2012)
  • 著者名/発表者名: 辻本学、澤村真史、Kaveh Delfanazari、中山諒、北村健郎、山本卓、柏木隆成、南英俊、門脇和男
  • 学会等名: 日本物理学会第67回年次大会
  • 発表場所: 関西学院大学(兵庫県西宮市)
  • 年月日: 2012-03-27
• [学会発表] Tunable sub-terahertz emission from intrinsic Josephson junctions in Bi_2Sr_2CaCu_2O_<8+δ> enhanced by the internal cavity resonance (2012)
  • 著者名/発表者名: M.Tsujimoto, T.Yamamoto, K.Delfanazari, R.Nakayama, T.Kitamura, M.Sawamura, T.Kashiwagi, H.Minami, M.Tachiki, R.Klemm, K.Kadowaki
  • 学会等名: 2012 American Physical Society March Meeting
  • 発表場所: ボストン(アメリカ)
  • 年月日: 2012-03-02
• [学会発表] Broadly Tunable Sub-Terahertz Emission from Intrinsic Josephson Junctions in Bi_2Sr_2CaCu_2O_<8+δ> (2012)
  • 著者名/発表者名: M.Tsujimoto, T.Yamamoto, K.Delfanazari, R.Nakayama, T.Kitamura, M.Sawamura, T.Kashiwagi, H.Minami, K.Kadowaki
  • 学会等名: Pathbreaking Phase Sciences in Superconductivity 2012
  • 発表場所: 大阪歴史博物館(大阪市)
  • 年月日: 2012-01-14
• [学会発表] 銅酸化物高温超伝導体Bi2212発振素子によるテラヘルツイメージング (2011)
  • 著者名/発表者名: 辻本学、澤村真史、Kaveh Delfanazari、南英俊、山本卓、柏木隆成、服部利明、門脇和男
  • 学会等名: JST CREST「新機能創成に向けた光・光量子科学技術」研究領域第4回公開シンポジウム
  • 発表場所: 日本科学未来館(東京都江東区)
  • 年月日: 2011-12-02
• [学会発表] Terahertz Imaging System Using High Temperature Superconducting Oscillation Devices (2011)
  • 著者名/発表者名: M.Tsujimoto, H.Minami, K.Delfanazari, M.Sawamura, T.Kitamura, R.Nakayama, T.Yamamotoa, T.Kashiwagi, K.Kadowaki
  • 学会等名: 6th East Asia Symposium on Superconductor Electronics
  • 発表場所: 山形大学(山形県米沢市)
  • 年月日: 2011-10-27
• [学会発表] 固有ジョセフソン接合素子を用いた走査型THzイメージングシステムの開発II (2011)
  • 著者名/発表者名: 辻本学、南英俊, Kaveh Delfanazari、澤村真史、北村健郎、中山諒、山本卓、柏木隆成、門脇和男
  • 学会等名: 日本物理学会2011年秋季大会
  • 発表場所: 富山大学(富山市)
  • 年月日: 2011-09-24
• [学会発表] Terahertz imaging system using an intrinsic Josephson junction emitter (2011)
  • 著者名/発表者名: M.Tsujimoto, H.Minami, M.Sawamura, K.Delfanazari, T.Yamamoto, T.Kashiwagi, K.Kadowaki
  • 学会等名: 13th International Workshop on Vortex Matter in Superconductors
  • 発表場所: シカゴ(アメリカ)
  • 年月日: 2011-08-02
• [備考] 門脇・柏木研究室ホームページ
  • URL: http://kadowaki.ims.tsukuba.ac.jp/index.html
• [備考] 門脇・柏木研究室ホームページ
  • URL: http://kadowaki.ims.tsukuba.ac.jp/index.html
• [産業財産権] テラヘルツ帯域光による試料透過光の取得処理方法及びその装置 (2012)
  • 発明者名: 南英俊、辻本学、門脇和男
  • 権利者名: 筑波大学
  • 出願年月日: 2012-02-16