| 研究課題/領域番号 |
21K04189
|
|---|
| 研究種目 |
基盤研究(C)
|
| 配分区分 | 基金 |
|---|
| 応募区分 | 一般 |
|---|
| 審査区分 |
小区分21060:電子デバイスおよび電子機器関連
|
|---|
| 研究機関 | 山形大学 |
|---|
研究代表者 |
中島 健介 山形大学, 大学院理工学研究科, 客員教授 (70198084)
|
|---|
| 研究分担者 |
齊藤 敦 山形大学, 大学院理工学研究科, 教授 (70313567)
山田 博信 山形大学, 大学院理工学研究科, 助教 (50400411)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
|
| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
|
| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2021年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
|
|---|
| キーワード | 固有ジョセフソン接合 / テラヘルツ波 / 超伝導 / 固有ジョセフソン接 / テラヘルツ |
|---|
| 研究開始時の研究の概要 |
周波数がおおよそ100GHz～10THzの電磁波はテラヘルツ波と呼ばれ，情報通信の高速大容量化だけでなく，その物質透過性と物質弁別性を活用したX線に代わる非侵襲透過イメージング，旅客や手荷物のスクリーニング，禁止薬物や爆発物の検知，創薬や薬物の品質管理といった社会生活の安全と安心に応用できる新しい電波／光としても注目を集めている。本研究では，このようなテラヘルツ波を発振できる固体素子の一つとして期待されるビスマス系高温超伝導体固有ジョセフソン接合を用いたテラヘルツ波発振デバイスの実用化に必要な基盤技術を開発する。
|
| 研究実績の概要 |
２０２２年度までに、Ｂｉ２２１２高温超伝導体の超伝導臨界温度以下で動作する固有ジョセフソン接合（Intrinsic Josephson Junction:ＩＪＪ）テラヘルツ波発振デバイスを実用化する上で接合を最適な動作温度に制御する必要性から発振動作時のＩＪＪの実温度とＩＪＪから熱浴への放熱性をＩＪＪの電圧－電流特性から評価する手法を確立し、Ｂｉ２２１２‐ＩＪＪから持続したテラヘルツ波を発振させるためにはジョセフソン関係式を満たす接合電圧だけでなく周波数に応じて接合温度を最適な値に保つ必要があることを明らかにした。また、バルクメサ型ＩＪＪと本研究で提案している薄膜段差型／薄膜メサ型ＩＪＪとの接合温度と放熱特性を一次元熱伝導モデルによって解析した結果、放熱性を妨げている主な要因が基板とＢｉ－２２１２の間の接着層にあることを明らかにした。このことは他の研究グループが採用しているスタンドアローン型ＩＪＪや本研究グループが取り組んできた接着層の無い薄膜段差型／薄膜メサ型によるＢｉ２２１２‐ＩＪＪテラヘルツ波発振デバイスがＩＪＪテラヘルツ放射デバイスとして有用であることを強く示唆している。また、一次元モデルによる熱伝導解析の結果は、結晶接着層を持たないＩＪＪテラヘルツ波発振デバイスが液体窒素温度で十分動作可能であることを示している一方で、固有ジョセフソン接合として機能するＢｉ２２１２結晶自体のｃ軸方向の熱伝導性が低いためにｃ軸長すなわちテラヘルツ波の発振強度を左右するジョセフソン接合の直列数が制限されることを意味している。このことから今後より高強度のテラヘルツ波を得るためには、複数ＩＪＪによるテラヘルツ波発振アレイデバイスの実現が不可欠と考えられる。
|
