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半導体二次元プラズモニックブームの発生とそのテラヘルツ応用

研究課題

研究課題/領域番号 16K14243
研究種目

挑戦的萌芽研究

配分区分基金
研究分野 電子デバイス・電子機器
研究機関東北大学

研究代表者

尾辻 泰一  東北大学, 電気通信研究所, 教授 (40315172)

連携研究者 トンベット ステファン  東北大学, 電気通信研究所, 准教授 (00726911)
渡辺 隆之  東北大学, 電気通信研究所, 助教 (80771807)
佐藤 昭  東北大学, 電気通信研究所, 准教授 (70510410)
楢原 浩一  神奈川工科大学, 工学部, 教授 (00422171)
研究協力者 リズイー ヴィクトール  
末光 哲也  
シュール ミハエル  
アイジン グレゴリ  
ポポフ ヴィチャスラブ  
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2017年度)
配分額 *注記
3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2017年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2016年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
キーワードテラヘルツ/赤外材料・素子 / マイクロ・ナノデバイス / 半導体プラズモニクス / 量子エレクトロニクス / 電子デバイス・機器 / テラヘルツ/赤外材料・素子
研究成果の概要

単層グラフェン内二次元電子電荷の集団密度振動波(プラズマ波)に対する電子ドリフト流の超速度現象を利用したプラズモン不安定性の一種であるプラズモニックブームの発現とそのテラヘルツ電磁波発生・増幅への応用に挑戦した。グラフェンチャネル電界効果トランジスタに非対称二重回折格子ゲートを導入し、電子ドリフト速度がプラズマ波速度を交差して空間的に繰り返し変調される系を構成した。理論的には、ドリフト速度がプラズマ波速度を超越した瞬間に超音速のごとき衝撃波(プラズモニックブーム)の発生が期待される。素子試作評価の結果、室温下でプラズモン不安定性に起因するテラヘルツ波の巨大誘導増幅放出の実証に初めて成功した。

報告書

(3件)
  • 2017 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2016 実施状況報告書
  • 研究成果

    (46件)

すべて 2018 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (7件) 雑誌論文 (19件) (うち国際共著 14件、 査読あり 19件、 オープンアクセス 8件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (19件) (うち国際学会 19件、 招待講演 13件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] CNRS-University of Montpellier II(France)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [国際共同研究] Kotelnikov Inst. Radio-Eng. Electron./Inst. Phys. Microstructures/Moscow Inst. Phys. Tech.(ロシア連邦)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [国際共同研究] Salamanca University(Spain)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [国際共同研究] Univ. at Buffalo, SUNY/Rensselaer Polytechnic Inst.(米国)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [国際共同研究] Kotelnikov Inst. Radio Eng. Electron./Inst. Phys. Tech., RAS/Inst. Phys. Microstructures, RAS(ロシア連邦)

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Salamanca University(Spain)

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Univ. at Buffalo, SUNY/Rensselaer Polytechnic Institute(米国)

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Terahertz light-emitting graphene-channel transistor toward single-mode lasing2018

    • 著者名/発表者名
      Yadav Deepika, Tamamushi Gen, Watanabe Takayuki, Mitsushio Junki, Tobah Youssef, Sugawara Kenta, Dubinov Alexander A., Satou Akira, Ryzhii Maxim, Ryzhii Victor, Otsuji Taiichi
    • 雑誌名

      Nanophotonics

      巻: 7 号: 4 ページ: 741-752

    • DOI

      10.1515/nanoph-2017-0106

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Current-injection terahertz emission in distributed-feedback dual-gate graphene-channel field-effect transistor2017

    • 著者名/発表者名
      D. Yadav, Y. Tobah, G. Tamamushi, J.i Mitsushio, T. Watanabe, A.A. Dubinov, M. Ryzhii, V. Ryzhii, and T. Otsuji
    • 雑誌名

      OTST'17: Int. Conf. Optical Terahertz Science and Technology Abstract Book

      巻: 1 ページ: 66-66

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Broadband terahertz-light emission by current-injection distributed-feedback dual-gate graphene-channel field-effect transistor2017

    • 著者名/発表者名
      D. Yadav, Y. Tobah, J. Mitsushio, G. Tamamushi, T. Watanabe, A.A. Dubinov, M. Ryzhii, V. Ryzhii, and T. Otsuji
    • 雑誌名

      CLEO: Int. Conf. on Lasers and Electro-Optics Dig.

      巻: 1 ページ: AM2B.7-AM2B.7

    • DOI

      10.1364/cleo_at.2017.am2b.7

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Current-injection terahertz lasing in graphene-based transistor lasers2017

    • 著者名/発表者名
      T. Otsuji
    • 雑誌名

      ETCMOS: Int. Conf. on Emerging Technology on CMOS and Related Devices Dig.

      巻: 1

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Terahertz LED based on current-injection dual-gate graphene-channel field effect transistors2017

    • 著者名/発表者名
      D. Yadav, Y. Tobah, K. Sugawara, J. Mitsushio, G. Tamamushi, T. Watanabe, A.A. Dubinov, M. Ryzhii, V. Ryzhii, and T. Otsuji
    • 雑誌名

      DRC: 75th Annual Device Research Conference Dig.

      巻: 1 ページ: 273-274

    • DOI

      10.1109/drc.2017.7999519

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Terahertz light emission in graphene-based active plasmonic metamaterial heterostructures2017

    • 著者名/発表者名
      T. Otsuji, T. Watanabe, A. Satou, D. Yadav, S. Boubanga-Tombet, T. Suemitsu, and V. Ryzhii
    • 雑誌名

      META'17: the 8th International Conference on Metamaterials, Photonic Crystals and Plasmonics Abstract Book

      巻: 1

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Broadband terahertz light emission and lasing in graphene-based van der Waals heterostructures2017

    • 著者名/発表者名
      T. Otsuji, D. Yadav, T. Watanabe, S.A. Boubanga-Tombet, V. Ryzhii, A.A. Dubinov, D. Svintsov, M. Ryzhii, V. Mitin, and M.S. Shur
    • 雑誌名

      EMN: Energy Materials Nanotechnology Lyon Meeting on 2D Materials Dig.

      巻: 1 ページ: 42-44

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Plasmonic amplification of terahertz radiation in a preriodic graphene structure with the carrier injection2017

    • 著者名/発表者名
      O.V. Polischuk, D. V. Fateev, T. Otsuji, and V.V. Popov
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Lett.

      巻: 111 号: 8

    • DOI

      10.1063/1.4990620

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Terahertz light emitting graphene-channel transistor operating uner current-injection pumping2017

    • 著者名/発表者名
      K. Sugawara, D. Yadav, Y. Tobah, J. Mitsushio, G. Tamamushi, T. Watanabe, A.A. Dubinov, M. Ryzhii, V. Ryzhii, and T. Otsuji
    • 雑誌名

      TWHM: Topical Workshop on Heterostructure Microelectronics Dig.

      巻: 1 ページ: 1-2

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Terahertz light emitting transistor based on current inection dual-gate graphene-channel FET2017

    • 著者名/発表者名
      D. Yadav, Y. Tobah, K. Sugawara, J. Mitsushio, G. Tamamushi, T. Watanabe, A.A. Dubinov, M. Ryzhii, V. Ryzhii, and T. Otsuji
    • 雑誌名

      IRMMW-THz: 42nd International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves Dig.

      巻: 1 ページ: 1-2

    • DOI

      10.1109/irmmw-thz.2017.8067215

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Terahertz light emission and lasing in graphene-based heterostructure 2D material systems -theory and experiments2017

    • 著者名/発表者名
      T. Otsuji
    • 雑誌名

      NANOP 2017: International Conference on Nanophotonics and Micro/Nano Optics Abstract Book

      巻: 1 ページ: 115-116

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Terahertz light emission and lasing in graphene-based vdW 2D heterostructures2017

    • 著者名/発表者名
      T. Otsuji
    • 雑誌名

      RPGR2017: Int. Conf. Recent Progress in Graphene and 2D Materials Research Dig.

      巻: 1 ページ: 1-2

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Terahertz light emission and lasing in graphene transistors under current-injection pumping2017

    • 著者名/発表者名
      T. Otsuji, D. Yadav, T. Watanabe, S. Boubanga-Tombet, A. Satou, T. Suemitsu, V. Ryzhii, A.A. Dubinov, M. Ryzhii, V. Mitin, and M.S. Shur
    • 雑誌名

      RJUSE TeraTech 2017: Russia-Japan-USA-Europe Symposium on Fundamental & Applied Problems of Terahertz Devices & Technologies Dig.

      巻: 1

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Terahertz light emission and lasing in graphene transisters under current-injection pumping2017

    • 著者名/発表者名
      T. Otsuji
    • 雑誌名

      MTSA2017-CTOXMAND-TeraNano-8 Dig.

      巻: 1

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Terahertz light emission and lasing in graphene-based van der Waals 2D heterostructures2017

    • 著者名/発表者名
      D. Yadav, T. Watanabe, S. boubanga-Tombet, A. Satou, V. Ryzhii, and T. Otsuji
    • 雑誌名

      WINDS17: 16: 2017 International Workshop on Innovative Nanoscale Devices and Systems Abstracts

      巻: 1 ページ: 1-2

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Terahertz light emission and lasing in graphene-based van der Waals 2D heterostructures2017

    • 著者名/発表者名
      T. Otsuji
    • 雑誌名

      XXII International Symposium on Nanophysics and Nanoelectronics Dig.

      巻: 1

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Cooperative promotion of plasma instabilities for emission of terahertz radiation in an asymmetric dual-grating gate graphene-channel FET2016

    • 著者名/発表者名
      Akira Satou, Yuki Koseki, Takayuki Watanabe, Vyacheslav V. Popov, Victor Ryzhii, Taiichi Otsuji
    • 雑誌名

      Prof. SPIE

      巻: 9856 ページ: 98560F-98560F

    • DOI

      10.1117/12.2227438

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Giant plasmon instability in dual-grating-gate graphene transistor2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Koseki, V. Ryzhii, T. Otsuji, V. V. Popov, and A. Satou
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 93 号: 24

    • DOI

      10.1103/physrevb.93.245408

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 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] Plasmons in tunnel-coupled graphene layers: Backward waves with quantum cascade gain2016

    • 著者名/発表者名
      D. Svintsov, Zh. Devizorova, T. Otsuji, and V. Ryzhii
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 94 号: 11

    • DOI

      10.1103/physrevb.94.115301

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 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] Emission and detection of terahertz radiation using graphene-based atomically-thin 2D heterostructures2018

    • 著者名/発表者名
      T. Otsuji
    • 学会等名
      MANA Int. Symp., Tsukuba, Japan, March
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Terahertz light emission and lasing in graphene-based van der Waals 2D heterostructures2018

    • 著者名/発表者名
      T. Otsuji
    • 学会等名
      XXII International Symposium on Nanophysics and Nanoelectronics, Niznhy Novgorod, Russia, March 12-16
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Current-injection terahertz emission in distributed-feedback dual-gate graphene-channel field-effect transistor2017

    • 著者名/発表者名
      D. Yadav, Y. Tobah, G. Tamamushi, J.i Mitsushio, T. Watanabe, A.A. Dubinov, M. Ryzhii, V. Ryzhii, and T. Otsuji
    • 学会等名
      OTST'17: Int. Conf. Optical Terahertz Science and Technology, London, UK, April 2-7
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Broadband terahertz-light emission by current-injection distributed-feedback dual-gate graphene-channel field-effect transistor2017

    • 著者名/発表者名
      D. Yadav, Y. Tobah, J. Mitsushio, G. Tamamushi, T. Watanabe, A.A. Dubinov, M. Ryzhii, V. Ryzhii, and T. Otsuji
    • 学会等名
      CLEO: Int. Conf. on Lasers and Electro-Optics, San Jose, CA, USA, May 14-19
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Current-injection terahertz lasing in graphene-based transistor lasers2017

    • 著者名/発表者名
      T. Otsuji
    • 学会等名
      ETCMOS: Int. Conf. on Emerging Technology on CMOS and Related Devices, Hotel Sofitel Warsaw Victoria, Warsaw, Poland, May 28-30
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Terahertz LED based on current-injection dual-gate graphene-channel field effect transistors2017

    • 著者名/発表者名
      D. Yadav, Y. Tobah, K. Sugawara, J. Mitsushio, G. Tamamushi, T. Watanabe, A.A. Dubinov, M. Ryzhii, V. Ryzhii, and T. Otsuji
    • 学会等名
      DRC: 75th Annual Device Research Conference, Notre Dame, IN, USA, May 26-28
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Graphene-based heterostructures: Device concepts and prospects2017

    • 著者名/発表者名
      V. Ryzhii, and T. Otsuji
    • 学会等名
      The 25th International Symposium “Nanostructures: Physics and Technology, St. Petersburg, Russia, June 26-30
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Terahertz light emission in graphene-based active plasmonic metamaterial heterostructures2017

    • 著者名/発表者名
      T. Otsuji, T. Watanabe, A. Satou, D. Yadav, S. Boubanga-Tombet, T. Suemitsu, and V. Ryzhii
    • 学会等名
      META'17: the 8th International Conference on Metamaterials, Photonic Crystals and Plasmonics, Incheon, Korea, 25-28 July
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Broadband terahertz light emission and lasing in graphene-based van der Waals heterostructures2017

    • 著者名/発表者名
      T. Otsuji, D. Yadav, T. Watanabe, S.A. Boubanga-Tombet, V. Ryzhii, A.A. Dubinov, D. Svintsov, M. Ryzhii, V. Mitin, and M.S. Shur
    • 学会等名
      EMN: Energy Materials Nanotechnology Lyon Meeting on 2D Materials, Lyon, France, Aug. 9-11
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Terahertz light emitting graphene-channel transistor operating uner current-injection pumping2017

    • 著者名/発表者名
      K. Sugawara, D. Yadav, Y. Tobah, J. Mitsushio, G. Tamamushi, T. Watanabe, A.A. Dubinov, M. Ryzhii, V. Ryzhii, and T. Otsuji
    • 学会等名
      TWHM: Topical Workshop on Heterostructure Microelectronics, Kagoshima, Japan, Aug. 28-31
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Terahertz light emitting transistor based on current inection dual-gate graphene-channel FET2017

    • 著者名/発表者名
      D. Yadav, Y. Tobah, K. Sugawara, J. Mitsushio, G. Tamamushi, T. Watanabe, A.A. Dubinov, M. Ryzhii, V. Ryzhii, and T. Otsuji
    • 学会等名
      IRMMW-THz: 42nd International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves, Cancun, Quintana Roo, Mexco, Aug. 30
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Terahertz light emission and lasing in graphene-based heterostructure 2D material systems -theory and experiments2017

    • 著者名/発表者名
      T. Otsuji
    • 学会等名
      NANOP 2017: International Conference on Nanophotonics and Micro/Nano Optics, Barcelona, Spain, Sept. 13-15
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Terahertz light emission and lasing in graphene-based vdW 2D heterostructures2017

    • 著者名/発表者名
      T. Otsuji
    • 学会等名
      RPGR2017: Int. Conf. Recent Progress in Graphene and 2D Materials Research, Singapore, Sept. 19-22
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Terahertz light emission and lasing in graphene transistors under current-injection pumping2017

    • 著者名/発表者名
      T. Otsuji, D. Yadav, T. Watanabe, S. Boubanga-Tombet, A. Satou, T. Suemitsu, V. Ryzhii, A.A. Dubinov, M. Ryzhii, V. Mitin, and M.S. Shur
    • 学会等名
      RJUSE TeraTech 2017: Russia-Japan-USA-Europe Symposium on Fundamental & Applied Problems of Terahertz Devices & Technologies, Rensselaer Polytechnic Institute, Troy, NY, USA, Oct. 1-5
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Terahertz light emission and lasing in graphene transisters under current-injection pumping2017

    • 著者名/発表者名
      T. Otsuji
    • 学会等名
      MTSA2017-CTOXMAND-TeraNano-8, Okayama, Japan, Nov. 19-23
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Terahertz light emission and lasing in graphene-based van der Waals 2D heterostructures2017

    • 著者名/発表者名
      D. Yadav, T. Watanabe, S. boubanga-Tombet, A. Satou, V. Ryzhii, and T. Otsuji
    • 学会等名
      WINDS17: 16: 2017 International Workshop on Innovative Nanoscale Devices and Systems, Big Island Hawaii, USA, Nov 26 - Dec. 1
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Numerical characterization of Dyakonov-Shur instability in gated two-dimensional electron systems2016

    • 著者名/発表者名
      A. Satou and K. Narahara
    • 学会等名
      RJUSE: 5th Russia-Japan-USA-Europe Symposium on Fundamental & Applied Problems of Terahertz Devices & Technologies
    • 発表場所
      Tohoku Univ., Sendai, Miyagi, Japan
    • 年月日
      2016-11-01
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Plasmonic THz devices based on InP HEMTs and Graphene FETs2016

    • 著者名/発表者名
      A. Satou, T. Watanabe, T. Suemitsu, V. Ryzhii, D. Fateev, V. V. Popov, and T. Otsuji
    • 学会等名
      EMN Meeting on Terahertz
    • 発表場所
      Donostia, San Sebastian, Spain
    • 年月日
      2016-05-16
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Cooperative promotion of plasma instabilities for emission of terahertz radiation in an asymmetric dual-grating gate graphene-channel FE2016

    • 著者名/発表者名
      Akira Satou, Yuki Koseki, Takayuki Watanabe, Vyacheslav V. Popov, Victor Ryzhii, Taiichi Otsuji
    • 学会等名
      SPIE DCS: Int. Conf. on Defense + Commercial Sensing, Conference 9856 on Terahertz Physics, Devices, and Systems X: Advanced Applications in Industry and Defense
    • 発表場所
      Baltimore Convention Center, Baltimore, MD, USA
    • 年月日
      2016-04-17
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [備考] Otsuji Laboratory

    • URL

      http://www.otsuji.riec.tohoku.ac.jp/english/index_en.php

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2022-07-19  

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