| 研究課題/領域番号 |
19H02540
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分28020:ナノ構造物理関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 (2021-2022)
筑波大学 (2019-2020) |
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研究代表者 |
辻本 学 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (20725890)
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| 研究分担者 |
柏木 隆成 筑波大学, 数理物質系, 講師 (40381644)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円)
2022年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2021年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2020年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2019年度: 10,790千円 (直接経費: 8,300千円、間接経費: 2,490千円)
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| キーワード | 高温超伝導体 / 固有ジョセフソン接合 / 超伝導量子デバイス / テラヘルツ波 / レーザー発振 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
高温超伝導体のナノ構造である固有ジョセフソン接合を光共振器と結合させ、高温超伝導体でのみ実現可能なテラヘルツ帯の超伝導レーザー発振を実証する。これにより、長年の課題であったテラヘルツ波放射の高強度化と高コヒーレント化を達成する。超伝導レーザーの発振原理を実験的に解明し、従来の光学的レーザーとの違いについて考究する。また、近年需要の高い小型テラヘルツ光源としての応用を見据えた素子の潜在性能を評価する。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、高温超伝導体の固有ジョセフソン接合と光共振器を結合させ、テラヘルツ帯レーザー発振の観測を試みた。前半では、単結晶メサの不均一性と固有接合の自発的な同期に着目し、不均一性の小さい素子で高強度なテラヘルツ波が得られることを見出し、高性能な素子の設計指針を得た。後半では、メサと外部共振器の電磁結合に着目し、平面マイクロストリップ共振器を実装した。実験の結果、三角形パッチ共振器と接続した素子で広範囲な周波数可変性を実証した。高効率な発振は観測されなかったが、低温領域でインピーダンス整合を示唆するプラトー挙動を観測し、外部共振器を介した固有接合型テラヘルツ光源の制御手法を考案した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
量子状態の操作や読み出しに最適な超伝導素子は、量子計算に限らず微小信号計測などの基本素子として、最先端の科学技術基盤の形成に貢献している。最近、ジョセフソン接合素子を用いたレーザー発振が報告されており、本研究の実施はこうした新しい用途の超伝導素子の誕生につながることが期待される。発振可能な1テラヘルツ付近の電磁波は光と電波の特徴を合わせ持ち、非破壊イメージングや高速無線通信、センシングなどの身近な技術への応用が注目されている。このように、超伝導レーザーは画期的なテラヘルツ波の発生方法であり、学術的な新規性や創造性に優れるだけでなく、社会利便性の向上にも貢献するものと考えている。
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