高温超伝導体テラヘルツ波発振器の高出力化

• 研究課題/領域番号: 15K20897
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: ナノマイクロシステム; 光工学・光量子科学
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 柏木 隆成 筑波大学, 数理物質系, 講師 (40381644)
• 研究協力者: 門脇 和男 ; 南 英俊 ; 辻本 学
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2016年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2015年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
• キーワード: テラヘルツ波 / 高温超伝導体 / ジョセフソン接合 / マイクロ波・テラヘルツ / ナノ・マイクロデバイス / マイクロ波・テラヘルツ波

研究成果の概要

本研究では，高温超伝導体Bi2Sr2CaCu2O8+d(Bi2212)単結晶を用いたテラヘルツ波発振器の高出力化を目指し，発振素子を構成するBi2212単結晶の厚さと発振出力の関係を調べた。その結果，結晶の厚さが５μm程度までは，結晶が厚い素子ほど強い出力を示す傾向が得られた。これは，素子に含まれるジョセフソン接合の総数と，素子構造で決まる放射効率を用いて説明できると考えている。また，ジュール熱を効率よく逃がす素子構造の改善などを進めた。これらにより，発振素子形状を調整する事で，従来構造より2~3倍広い周波数帯域の0.3~2.4 THz程度の発振が得られるようになった。

研究成果

• [雑誌論文] The present status of high-Tc superconducting Terahertz Emitters (2017)
  • 著者名/発表者名: Kashiwagi Takanari, Kubo Hiroyuki, Sakamoto Kazuki, Yuasa Takumi, Tanabe Yuuki, Watanabe Chiharu, Tanaka Taiga, Komori Yuki, Ota Ryusei, Kuwano Genki, Nakamura Kento, Katsuragawa Takuya, Tsujimoto Manabu, Yamamoto Takashi, Yoshizaki Ryozo, Minami Hidetoshi, Kadowaki Kazuo, Klemm Richard
  • 雑誌名: Superconductor Science and Technology 巻: -
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Electrical potential distribution in terahertz-emitting rectangular mesa devices of high-Tc superconducting Bi2Sr2CaCu2O8+d (2016)
  • 著者名/発表者名: Chiharu Watanabe, Hidetoshi Minami, Takeo Kitamura, Yoshihiko Saiwai, Yuki Shibano, Takuya Katsuragawa, Hiroyuki Kubo, Kazuki Sakamoto, Takanari Kashiwagi, Richard A Klemm, Kazuo Kadowaki
  • 雑誌名: Superconductor Science and Technology 巻: 29 ページ: 065022-065022
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Applications using high-Tc superconducting terahertz emitters (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Nakade, T. Kashiwagi, Y. Saiwai, H. Minami, T. Yamamoto, R. A. Klemm, and K. Kadowaki
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 6 号: 1
  • DOI: 10.1038/srep23178
  • NAID: 120007129561
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Cavity mode identification for coherent terahertz emission from high-Tc superconductors (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Tsujimoto, I. Kakeya, T. Kashiwagi, H. Minami, and K. Kadowaki
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 24 号: 5 ページ: 4591-4599
  • DOI: 10.1364/oe.24.004591
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Efficient Fabrication of Intrinsic-Josephson-Junction Terahertz Oscillators with Greatly Reduced Self-Heating Effects (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Kashiwagi, T. Yamamoto, H. Minami, M. Tsujimoto, R. Yoshizaki, K. Delfanazari, T. Kitamura, C. Watanabe, K. Nakade, T. Yasui, K. Asanuma, Y. Saiwai, Y. Shibano, T. Enomoto, H. Kubo, K. Sakamoto, T. Katsuragawa, B. Markovic, J. Mirkovic, R. A. Klemm, and K. Kadowaki
  • 雑誌名: Physical Review Applied 巻: 4 号: 5
  • DOI: 10.1103/physrevapplied.4.054018
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A high-Tc intrinsic Josephson junction emitter tunable from 0.5 to 2.4 terahertz (2015)
  • 著者名/発表者名: Takanari Kashiwagi, Kazuki Sakamoto, Hiroyuki Kubo, Yuuki Shibano, Takuma Enomoto, Takeo Kitamura, Kentaro Asanuma, Takaki Yasui, Chiharu Watanabe, Kurama Nakade, Yoshihiko Saiwai, Takuya Katsuragawa, Manabu Tsujimoto, Ryozo Yoshizaki, Takashi Yamamoto, Hidetoshi Minami, Richard A. Klemm, and Kazuo Kadowaki
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 107
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] 高廃熱構造を用いた固有ジョセフソン接合系 Bi2212 テラヘルツ発振素子の発振特性 V (2017)
  • 著者名/発表者名: 柏木隆成, 田中大河, 久保裕之, 湯浅拓実, 渡辺千春, 坂本和輝, 桂川拓也, 小守優貴, 太田隆晟, 桑野玄気, 田邊祐希, 中村健人, 辻本学, 山本卓, 吉崎亮造, 南英俊, 門脇和男
  • 学会等名: 日本物理学会 第72回年次大会
  • 発表場所: 大阪大学 豊中キャンパス 大阪府豊中市
  • 年月日: 2017-03-17
• [学会発表] 高温超伝導体 Bi2212 THz波発振素子の発熱評価に向けた研究開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 田中 大河、柏木 隆成、渡辺 千春、久保 裕之、坂本 和輝、桂川 拓也、湯浅 拓実、小守 優貴、田邊 祐希、太田 隆晟、中村 健人、桑野 玄気、山本 卓、辻本 学、南 英俊、門脇 和男
  • 学会等名: 第64回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: パシフィコ横浜， 神奈川県横浜市
  • 年月日: 2017-03-14
• [学会発表] 高温超伝導テラヘルツ波発振デバイスのアレイの作製 (2017)
  • 著者名/発表者名: 南 英俊、中村 健人、小守 優貴、渡辺 千春、久保 裕之、坂本 和輝、桂川 拓也、湯浅 拓実、田中 大河、太田 隆晟、田邊 祐希、桑野 玄気、柏木 隆成、辻本 学、山本 卓、門脇 和男
  • 学会等名: 第64回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: パシフィコ横浜， 神奈川県横浜市
  • 年月日: 2017-03-14
• [学会発表] Study of radiation intensity characteristics from Bi2Sr2CaCu2O8+δ high-Tc superconducting terahertz emitters. (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Kashiwagi, T. Yuasa, H. Kubo, K. Sakamoto, C. Watanabe, T. Katsuragawa, T. Tanaka, Y. Komori, Y. Tanabe, R. Ota, G. Kuwano, M. Tsujimoto, R. Yoshizaki, T. Yamamoto, H. Minami, R. Klemm, K. Kadowaki
  • 学会等名: APS March meeting 2017
  • 発表場所: New Orleans, Louisiana, USA
  • 年月日: 2017-03-13
  • 国際学会
• [学会発表] Terahertz emission from pie-shaped wedge microstrip antennas of the high-Tc superconductor Bi2Sr2CaCu2O8+δ (2017)
  • 著者名/発表者名: Qing Wang, Constance Doty, Richard Klemm, Kaveh Delfanazari, Daniel Cerkoney, Takashi Yamamoto, Manabu Tsujimoto, Kazuo Kadowaki, Chiharu Watanabe, Hidetoshi Minami, Takanari Kashiwagi, Manuel Morales
  • 学会等名: APS March meeting 2017
  • 発表場所: New Orleans, Louisiana, USA
  • 年月日: 2017-03-13
  • 国際学会
• [学会発表] Effect of stripline electrodes on coherent terahertz emission from BSCCO intrinsic Josephson junctions (2017)
  • 著者名/発表者名: Manabu Tsujimoto, Genki Kuwano, Chiharu Watanabe, Hiroyuki Kubo, Kazuki Sakamoto, Takuya Katsuragawa, Taiga Tanaka, Takumi Yuasa, Yuki Komori, Ryusei Ota, Yuuki Tanabe, Kento Nakamura, Takanari Kashiwagi, Hidetoshi Minami, Kazuo Kadowaki, Takuji Doi, Asem Elarabi, Itsuhiro Kakeya
  • 学会等名: APS March meeting 2017
  • 発表場所: New Orleans, Louisiana, USA
  • 年月日: 2017-03-13
  • 国際学会
• [学会発表] Cavity mode enhancement of terahertz emission from equilateral triangular microstrip antennas of the high-Tc superconductor Bi2Sr2CaCu2O8+δ (2017)
  • 著者名/発表者名: Constance Doty, Daniel Cerkoney, Ashley Gramajo, Tyler Campbell, Candy Reid, Manuel Morales, Kaveh Delfanazari, Takashi Yamamoto, Manabu Tsujimoto, Takanari Kashiwagi, Chiharu Watanabe, Hidetoshi Minami, Kazuo Kadowaki, Richard Klemm
  • 学会等名: APS March meeting 2017
  • 発表場所: New Orleans, Louisiana, USA
  • 年月日: 2017-03-13
  • 国際学会
• [学会発表] Development of High-Tc Superconducting Terahertz Emitter (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Kashiwagi , H. Kubo, K. Sakamoto, T. Yuasa, Y. Tanabe, C. Watanabe, T. Katsuragawa, T. Tanaka, Y. Komori, R. Ota, G. Kuwano, K. Nakamura, M. Tsujimoto, T. Yamamoto, R. Yoshizaki, H. Minami, and K. Kadowaki
  • 学会等名: The 29th International Symposium on Superconductivity (ISS2016)
  • 発表場所: Tokyo International Forum 東京都千代田区
  • 年月日: 2016-12-13
  • 国際学会
• [学会発表] Radiation Characteristics of high-T c Superconducting Terahertz Emitter by Using a High Heat-Exhausting Structure (2016)
  • 著者名/発表者名: Takanari Kashiwagi, Takumi Yuasa, Chiharu Watanabe, Hiroyuki Kubo, Kazuki Sakamoto , Takuya Katsuragawa, Taiga Tanaka, Yuki Komori, Ryusei Ota, Genki Kuwano, Yuki Tanabe, Kento Nakamura, Manabu Tsujimoto, Takashi Yamamoto, Ryozo Yoshizaki, Hidetoshi Minami, R.A Klemm and Kazuo Kadowaki
  • 学会等名: 10th International Symposium on Intrinsic Josephson Effects and Plasma Oscillations in High-Tc Superconductors (Plasma+ 2016)
  • 発表場所: Nanjing China
  • 年月日: 2016-10-09
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 高廃熱構造を用いた固有ジョセフソン接合系Bi2212テラヘルツ発振素子の発振特性IV (2016)
  • 著者名/発表者名: 柏木隆成, 湯浅拓実, 渡辺千春, 久保裕之, 坂本和輝, 桂川拓也, 田中大河, 小守優貴, 太田隆晟, 桑野玄気, 田邊祐希, 中村健人, 辻本学, 山本卓, 吉崎亮造, 南英俊, 門脇和男
  • 学会等名: 日本物理学会 2016年秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学 角間キャンパス 石川県金沢市
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] PL発光を生じる半導体薄膜による高温超伝導体THz波発振デバイスの新規温度分布観測 (2016)
  • 著者名/発表者名: 渡邉千春, 南英俊, 久保裕之, 坂本和輝, 桂川拓也, 湯浅拓実, 田中大河, 小守優貴, 辻本学, 柏木隆成, Richard Klemm, 門脇和男
  • 学会等名: 日本物理学会 2016年秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学 角間キャンパス 石川県金沢市
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] 高温超伝導体を用いたテラヘルツ波発振素子のウェットエッチング法による作製 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小守 優貴、柴野 雄紀、南 英俊、渡邊 千春、桂川 拓也、久保 裕之、坂本 和輝、田中 大河、湯浅 拓実、中村 健人、太田 隆晟、桑野 玄気、田邊 祐希、柏木 隆成、辻本 学、門脇 和男
  • 学会等名: 第77回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ，新潟県新潟市
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] 高温超伝導体Bi2Sr2CaCu2O8+δを用いたTHz波発振素子における発振強度の厚さ依存性に関する研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 湯浅 拓実、柏木 隆成、渡邊 千春、久保 裕之、坂本 和輝、桂川 拓也、小守 優貴、田中 大河、太田 隆晟、桑野 玄気、田邊 祐希、中村 健人、辻本 学、山本 卓、南 英俊、門脇 和男
  • 学会等名: 第77回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ，新潟県新潟市
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] 円盤型単独メサ構造を用いたBi2Sr2CaCu2O8+δ固有ジョセフソン接合によるTHz発振素子の開発II (2016)
  • 著者名/発表者名: 坂本 和輝、柏木 隆成、久保 裕之、渡辺 千春、桂川 拓也、田中 大河、湯浅 拓実、小守 優貴、大田 隆晟、桑野 玄気、田辺 祐希、中村 健人、山本 卓、辻本 学、南 英俊、門脇 和男
  • 学会等名: 第77回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ，新潟県新潟市
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] Stand-alone型HTS-THz波発振デバイスの作製と発振特性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 南 英俊、渡辺 千春、小守 優貴、北村 健郎、柴野 雄紀、久保 裕之、坂本 和輝、幸 良彦、桂川 拓也、柏木 隆成、山本 卓、門脇 和男
  • 学会等名: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東工大 (東京都目黒区)
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] 高温超伝導体単結晶Bi2Sr2CaCu2O8+δを用いた正方形型単独メサ構造からの THz 波発振特性Ⅱ (2016)
  • 著者名/発表者名: 久保 裕之、柏木 隆成、坂本 和輝、北村 健郎、渡邊 千春、幸 良彦、柴野 雄紀、桂川 拓也、田中 大河、湯浅 拓実、小守 優貴、榎本 拓真、辻本 学、山本 卓、南 英俊、門脇 和男
  • 学会等名: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東工大 (東京都目黒区)
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] 高廃熱構造を用いた固有ジョセフソン接合系Bi2212テラヘルツ発振素子の発振特性III (2016)
  • 著者名/発表者名: 柏木隆成, 北村健郎, 渡辺千春, 柴野雄紀, 幸良彦, 榎本拓真, 久保裕之, 坂本和輝, 桂川拓也, 湯浅拓実, 田中大河, 小守優貴, 辻本学, 山本卓, 吉崎亮造, 南英俊, 門脇和男
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 東北学院大学 (宮城県仙台市)
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] Bi2212高温超伝導体単独メサデバイスの温度分布測定 (2016)
  • 著者名/発表者名: 渡辺千春, 南英俊, 北村健郎, 柴野雄紀, 幸良彦, 久保裕之, 坂本和輝, 桂川拓也, 湯浅拓実, 田中大河, 小守優貴, 柏木隆成, R. A. Klemm, 門脇和男
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 東北学院大学 (宮城県仙台市)
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] A high Tc superconducting terahertz emitter operated from 0.5 to 2.4 THz (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Kashiwagi, K. Sakamoto, H. Kubo, Y. Shibano, T. Enomoto, T. Kitamura, , K. Asanuma, T. Yasui, C. Watanabe, K. Nakade, Y. Saiwai, T. Katsuragawa, T. Tanaka, T. Yuasa, , M. Tsujimoto, R. Yoshizaki, T. Yamamoto, H. Minami, R.A. Klemm, K. Kadowaki
  • 学会等名: APS March Meeting 2016
  • 発表場所: Baltimore (U.S.A)
  • 年月日: 2016-03-14
• [学会発表] 高廃熱構造を用いた固有ジョセフソン接合系Bi2212テラヘルツ発振素子の発振特性II (2015)
  • 著者名/発表者名: 柏木隆成，北村健郎，渡辺千春，柴野雄紀，幸良彦，榎本拓真，久保裕之, 坂本和輝, 桂川拓也, 湯浅拓実, 田中大河, 辻本学，山本卓，吉崎亮造，南英俊，門脇和男
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 関西大学(大阪府吹田市)
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] 高温超伝導帯THz波発振デバイス内に生じた電位分布が発振周波数特性に与える影響 (2015)
  • 著者名/発表者名: 渡邉千春, 南英俊, 北村健郎, 榎本拓真, 幸良彦, 柴野雄紀, 桂川拓也, 久保裕之, 坂本和輝, 山本卓, 柏木隆成, R. A. Klemm, 門脇和男
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 関西大学(大阪府吹田市)
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] 固有ジョセフソン接合系Bi2Sr2CaCu2O8+δ単独メサ構造によるテラヘルツ波発振II (2015)
  • 著者名/発表者名: 北村健郎, 柏木隆成, 辻本学， 渡辺千春, 柴野雄紀, 幸良彦, 久保裕之, 坂本和輝, 桂川拓也, 山本卓, 南英俊, 門脇和男
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 関西大学(大阪府吹田市)
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] 高温超伝導体単結晶Bi2Sr2CaCu2O8+δを用いた正方形型単独メサ構造からのTHz波発振特性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 久保 裕之、柏木 隆成、坂本 和輝、北村 健郎、渡邊 千春、幸 良彦、柴野 雄紀、桂川 拓也、榎本 拓真、辻本 学、山本 卓、南 英俊、門脇 和男
  • 学会等名: 第76回 応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場(愛知県名古屋市)
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] 高温超伝導体Bi2212の新しい単独メサ構造作製法の開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 柴野 雄紀、柏木 隆成、北村 健郎、渡辺 千春、幸 良彦、久保 裕之、坂本 和輝、桂川 拓也、榎本 拓真、南 英俊、門脇 和男
  • 学会等名: 第76回 応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場(愛知県名古屋市)
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] 高温超伝導体Bi2212 THz発振素子の応用化に向けた開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 幸 良彦、柏木 隆成、中出 蔵馬、北村 健郎、渡辺 千春、柴野 雄紀、久保 裕之、坂本 和輝、桂川 拓也、田中 大河、小守 優貴、湯浅 拓実、山本 卓、南 英俊、門脇 和男
  • 学会等名: 第76回 応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場(愛知県名古屋市)
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] 円盤型単独メサ構造を用いたBi2Sr2CaCu2O8+δ固有ジョセフソン接合によるTHz発振素子の開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 坂本 和輝、柏木 隆成、久保 裕之、北村 健郎、渡邊 千春、榎本 拓真、幸 良彦、柴野 雄紀、桂川 拓也、田中 大河、湯浅 拓実、小守 優貴、辻本 学、山本 卓、南 英俊、門脇 和男
  • 学会等名: 第76回 応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場(愛知県名古屋市)
  • 年月日: 2015-09-13
• [備考] 筑波大学門脇研究室HP
  • URL: http://www.ims.tsukuba.ac.jp/~Kadowaki_lab/index.html