| 研究課題/領域番号 |
20H02606
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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29010:応用物性関連
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
掛谷 一弘 京都大学, 工学研究科, 准教授 (80302389)
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| 研究分担者 |
浅井 栄大 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 (00722290)
町田 昌彦 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, システム計算科学センター, 研究主席 (60360434)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023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: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2021年度: 7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円)
2020年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円)
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| キーワード | ジョセフソン効果 / テラヘルツ放射 / 高温超伝導体 / 周波数変調 / テラヘルツ通信 / 周波数変換 / テラヘルツ波 / ジョセフソン接合 / 超伝導 / 非線形効果 / 同期現象 / レーザー発振 / テラヘルツ / 共振効果 / 固有ジョセフソン接合 / テラヘルツ発振 / 多光子放射 / 量子操作 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、高温超伝導体を用いて、周波数がテラヘルツ領域の電磁波（テラヘルツ光）を高出力に放射する素子を創成する。研究代表者らがこれまでに研究を進めてきたジョセフソン効果を用いたテラヘルツ光源は、非線形振動現象が主たる放射原理であったが、これをレーザー光のような量子準位間の反転分布を伴う制動放射に切り替えることで、放射強度とコヒーレンスの劇的向上を目指す。本研究の成果は、半導体デバイスと相補的にテラヘルツ科学を発展させ、とくに低温環境が重要である量子コンピュータの重要技術を発展させるという波及効果を持つ。
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| 研究成果の概要 |
空間を飛ぶ電波・光を用いて大量のデータをやりとりする高速無線通信の要望が、コロナ禍を経てますます高まっています。その世界的な需要に対応するために、さらに進化した無線ネットワーク、Beyond 5G／6G技術の開発が急ピッチで進んでいます。こうした無線通信に必要な電磁波の周波数帯であるテラヘルツ帯の光源のひとつとして、超伝導テラヘルツ光源が研究されています。本研究では、超伝導だけが持つ性質であるジョセフソン効果を利用することで、市販の信号発生器から発生する3ギガヘルツのマイクロ波信号をテラヘルツ波に乗せて送信する、テラヘルツ波エフエム技術の開発に成功しました。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
超伝導テラヘルツ光源は小型で安定に動作する固体デバイスであり、単色テラヘルツ発振、広帯域チューニング性能、アレイ化による高出力発振、高い放射効率、円偏光テラヘルツ電磁波の発生など、他の技術にはないユニークな特徴を備えています。本研究で新たに実現したFM方式は、従来の複雑かつ特殊な光学機器を使用する方式よりも単純でありながら、高い精度で周波数や帯域を制御できる点で優れています。これまでに報告された超伝導テラヘルツ光源の周波数範囲は0.15テラヘルツから2テラヘルツの領域であり、Beyond 5G／6G通信のターゲットとなる周波数領域が含まれます。
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