単色・広帯域周波数可変（0.3～3THz）固有ジョセフソン連続波発振器

• 研究課題/領域番号: 25289108
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 電子デバイス・電子機器
• 研究機関: 国立研究開発法人物質・材料研究機構
• 研究代表者: WANG Huabing 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 超伝導物性ユニット, 主幹研究員 (70421427)
• 研究分担者: 羽多野 毅 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 超伝導物性ユニット, グループリーダー (50354337)
• 連携研究者: 袁 潔 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 超伝導物性ユニット, NIMS特別研究員 (70469790) ; 石井 明 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 超伝導物性ユニット, 主任研究員 (70354339)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 17,030千円 (直接経費: 13,100千円、間接経費: 3,930千円); 2015年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2014年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2013年度: 11,830千円 (直接経費: 9,100千円、間接経費: 2,730千円)
• キーワード: マイクロ波 / ミリ波 / テラヘルツ波 / テラヘルツ光 / 固有ジョセフソン効果 / メタマテリアル / 分子指紋スペクトラム / テラヘルツ画像診断

研究成果の概要

両面を金電極で挟んだ構造のBi2Sr2CaCu2O8固有ジョセフソン素子を開発した。金電極に接合部の発熱を有効に逃がすことにより、低温・温度均一を維持し、放射波の周波数および周波数可変幅の大幅増加に成功した。THz発振する固有ジョセフソン・スタックの共鳴様式を走査型低温レーザー顕微鏡で可視化すること、同時に放射THz波を外部検出器で測定することに成功した。
固有ジョセフソンTHz発振素子は実用レベルに到達し、ガス成分分析・電波天文学・実験室応用可能なTHz光源が実現されている。THz放射出力は１スタックから100μWに達し、周波数も1.0THzを超え、動作温度も85Kにまで到達している。

研究成果

• [雑誌論文] 高温超伝導体固有ジョセフソン接合からのテラヘルツ波放射とその応用 / THz emission and its proto-type generators from intrinsic Josephson Junctions (2015)
  • 著者名/発表者名: Huabing WANG, et al.,
  • 雑誌名: Forum of Superconductivity Science and Technology News(FSST NEWS) 巻: 147 ページ: 2-6
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] High upper critical fields of superconducting Ca10(Pt4As8)(Fe1.8Pt0.2As2)5 whiskers (2015)
  • 著者名/発表者名: J. Li, G. Zhang, W. Hu, Y. Huang, M. Ji, H.-C. Sun, X.-J. Zhou, D.-Y. An, L.-Y. Hao, Q. Zhu, J. Yuan, K. Jin, H.-X. Guo, D. Fujita, T. Hatano, K. Yamaura, E. Takayama-Muromachi, H.-B. Wang, P.-H. Wu, J. Vanacken, and V. V. Moshchalkov
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 106 号: 26
  • DOI: 10.1063/1.4923216
  • 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] Three-terminal stand-alone super conducting terahertz emitter (2015)
  • 著者名/発表者名: Xianjing ZHOU, et al.,
  • 雑誌名: APPLIED PHYSICS LETTERS 巻: 107 号: 12 ページ: 1-5
  • DOI: 10.1063/1.4931623
  • 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] The dynamics process and microscopic mechanism of extraordinary terahertz transmission through perforated superconducting films (2015)
  • 著者名/発表者名: Jingbo WU, et al.,
  • 雑誌名: SCIENTIFIC REPORTS 巻: 5 号: 1 ページ: 1-12
  • DOI: 10.1038/srep15588
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Superconductiong Integrated Terahertz Spectrometers (2015)
  • 著者名/発表者名: Valery PKOSHELETS, et al.,
  • 雑誌名: IEEE TRANSACTIONS ON TERAHERTZ SCIENCE AND TECHNOLOGY 巻: 5 号: 4 ページ: 687-694
  • DOI: 10.1109/tthz.2015.2443500
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Compact Superconducting Terahertz Source Operating in Liquid Nitrogen (2015)
  • 著者名/発表者名: Luyao HAO, et al.,
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW APPLIED 巻: 3 号: 2 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1103/physrevapplied.3.024006
  • 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] Turning the Terahertz Emission Power of an Intrinsic Josephson-Junction Stack by a Focused Laser Beam (2015)
  • 著者名/発表者名: Xianjing ZHOU, et al.,
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW APPLIED 巻: 3 号: 4 ページ: 1-6
  • DOI: 10.1103/physrevapplied.3.044012
  • 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] Thermal and electromagnetic propertiesof Bi2Sr2CaCu208 intrinsic Josephson junction stacks studied via one-dimensional coupled sine-Gordon equation (2015)
  • 著者名/発表者名: Fabian RUDAU, et al.,
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW B 巻: 91 号: 10 ページ: 1-16
  • DOI: 10.1103/physrevb.91.104513
  • 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] Electrothermal behavior and terahertz emission properties of a planar array of two Bi2Sr2CaCu208 intrinsic Josephson junction stacks (2015)
  • 著者名/発表者名: B. GROSS, et al.,
  • 雑誌名: SUPERCONDUCTOR SCIENCE & TECHNOLOGY 巻: 28 号: 5 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1088/0953-2048/28/5/055004
  • 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] Terahertz waves emission from two Bi2Sr2CaCu2O8 mesas in series (2015)
  • 著者名/発表者名: Pei WANG, et al.,
  • 雑誌名: IEEE TRANSACTIONS ON TERAHERTZ SCIENCE AND TECHNOLOGY 巻: 5 号: 3 ページ: 512-517
  • DOI: 10.1109/tthz.2015.2402571
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Impurity effects on the normal-state transport properties of Ba0.5K0.5Fe2As2 superconductors (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Li, J. Yuan, M. Ji, G. F. Zhang, J. Y. Ge, H. L. Feng, Y. H. Yuan, T. Hatano, W. Hu, K. Jin, T. Schwarz, R. Kleiner, D. Koelle, K. Yamaura, H. B. Wang, P. H. Wu, E. Takayama-Muromachi, J. Vanacken, and V. V. Moshchalkov
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 90 号: 2
  • DOI: 10.1103/physrevb.90.024512
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Bi2Sr2CaCu2O8 intrinsic Josephson junction stacks with improved cooling: Coherent emission above 1 THz (2014)
  • 著者名/発表者名: JI Min 他
  • 雑誌名: APPLIED PHYSICS LETTER 巻: 105 号: 12
  • DOI: 10.1063/1.4896684
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Other Applications (2014)
  • 著者名/発表者名: Huabing WANG
  • 雑誌名: Applied Superconductivity (Handbook on Devices and Applications) 巻: 2 ページ: 1207-1225
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Nonlinear terahertz superconducting plasmonics (2014)
  • 著者名/発表者名: Jingbo WU, et. al.,
  • 雑誌名: APPLIED PHYSICS LETTERS 巻: 105 号: 16
  • DOI: 10.1063/1.4898818
  • 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] Local destruction of superconductivity by non-magnetic impurities in mesoscopic iron-based superconductors (2014)
  • 著者名/発表者名: Jun LI, et al.,
  • 雑誌名: NATURE COMMUNICATIONS 巻: 6 号: 1
  • DOI: 10.1038/ncomms8614
  • 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] Direct observation of the depairing current density in single-crystalline Ba0.5K0.5Fe2As2 microbridge with nanoscale thickness (2013)
  • 著者名/発表者名: Jun Li, Jie Yuan, Ya-Hua Yuan, Jun-Yi Ge, Meng-Yue Li, Hai-Luke Feng, Paulo J. Pereira, Akira Ishii, Takeshi Hatano, Alejandro V. Silhanek, Liviu F. Chibotaru, Johan Vanacken, Kazunari Yamaura, Yamaua-Bing Wang, Eiji Takayama-Muromachi, and Victor V. Moshchalkov
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 103 号: 6
  • DOI: 10.1063/1.4818127
  • 査読あり
• [雑誌論文] An Approach to Use a Raw Single Crystal Whisker as Intrinsic Josephson Junctions Stack (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Saini,H.B. Wang,T. Hatano,S.-J. Kim
  • 雑誌名: J Supercond Nov Magn 巻: 26 号: 8 ページ: 2709-2712
  • DOI: 10.1007/s10948-012-2078-z
  • 査読あり
• [雑誌論文] 走査SQUID顕微鏡による酸化物超伝導薄膜中の磁束・電流・欠陥の同時評価 (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Arisawa, K. Yun, K. Mochiduki, I. Iguchi, T. Hatano, H.B. Wang, A. Ishii
  • 雑誌名: 電気学会論文誌Ｅ（センサ・マイクロマシン部門誌） 巻: 133 号: 10 ページ: 312-313
  • DOI: 10.1541/ieejsmas.133.312
  • NAID: 10031201008
  • ISSN: 1341-8939, 1347-5525
  • 査読あり
• [雑誌論文] Peak effect in optimally doped p-type single-crystal Ba0.5K0.5Fe2As2 studied by ac magnetization measurements (2013)
  • 著者名/発表者名: J. Ge, J. Gutierrez, J. Li, J. Yuan, H.B. Wang, K. Yamaura, E. Muromachi and V. V. Moshchalkov
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW B 巻: 88 号: 14
  • DOI: 10.1103/physrevb.88.144505
  • 査読あり
• [学会発表] 1THz以上の超伝導テラヘルツ発振器 / Superconductor Emitters over 1 THz (2015)
  • 著者名/発表者名: Huabing WANG, et al.,
  • 学会等名: MTSA2015/TeraNano6
  • 発表場所: Okinawa Institute of Science and Technology (OIST),沖縄
  • 年月日: 2015-06-29
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Terahertz Radiation above 1 THz from Intrinsic Josephson Junction Arrays (2014)
  • 著者名/発表者名: Huabing WANG, et. al.,
  • 学会等名: THz-plasma2014
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2014-11-30
  • 国際学会
• [学会発表] Manipulating Terahertz Emission of Intrinsic Josephson Junctions with a Focused Laser Spot (2014)
  • 著者名/発表者名: Xianjing ZHOU, et. al.,
  • 学会等名: THz-plasma2014
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2014-11-30
  • 国際学会
• [学会発表] Some Efforts on Improving Performance and Understanding Mechanism of THz Emission in Intrinsic Josephson Junctions (2014)
  • 著者名/発表者名: Huabing WANG, et. al.,
  • 学会等名: THz-plasma2014
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2014-11-30
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ジョセフソン接合アレイからの1 THz超の持続波テラヘルツ放射 / Continuous Wave Coherent Terahertz Radiation above 1 THz from Josephson Junction Arrays (2014)
  • 著者名/発表者名: Huabing WANG, et. al.,
  • 学会等名: IRMMW-THz Conference 2014
  • 発表場所: アリゾナ大学、米国
  • 年月日: 2014-09-14
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 高温超伝導体集積THz検知器 / THz emitters and detectors both fabricated from high Tc superconductors: Towards an integrated receiver (2014)
  • 著者名/発表者名: Huabing WANG
  • 学会等名: ＡＳＣ２０１４
  • 発表場所: Ｃｈaｒlｏｔｔｅ Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ,Charlotte,米国
  • 年月日: 2014-08-10
  • 国際学会
• [学会発表] 高温超伝導体から１THz超のCWテラヘルツ放射 / CW terahertz emission above 1 THz from high Tc superconductors (2014)
  • 著者名/発表者名: Huabing WANG, et. al.,
  • 学会等名: ＡＳＣ２０１４
  • 発表場所: Ｃｈaｒlｏｔｔｅ Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ,Charlotte,米国
  • 年月日: 2014-08-10
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Towards practical applications of widelytunable THz sources made of high-Tc layered BiSrCaCuO-2212 superconductors (2013)
  • 著者名/発表者名: H. B. Wang, et al.,
  • 学会等名: The 24th International Symposium on Space Terahertz Technology
  • 発表場所: University of Groningen,フローニンゲン,オランダ
• [学会発表] 3D THz-class ultrafast device, intrinsic Josephson junctions (2013)
  • 著者名/発表者名: Huabing WANG
  • 学会等名: Norway-NIMS Workshop
  • 発表場所: 物質・材料研究機構
  • 招待講演
• [学会発表] Coherent and Powerful Terahertz Radiation from Intrinsic Josephson Junctions in the Hotspot Region (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Hatano, et al.,
  • 学会等名: 2nd Workshop on THz Radiation from Intrinsic Josephson Junctions
  • 発表場所: 筑波大学
  • 招待講演
• [学会発表] Evolution of Internal Energy Distribution and Terahertz Radiation of a Josephson junctions stack (2013)
  • 著者名/発表者名: J. Yuan, et al.,
  • 学会等名: International Superconducting Electronics Conference 2013
  • 発表場所: ケンブリッジ,アメリカ
  • 招待講演
• [学会発表] Phenomenological aspects on THz emission from the intrinsic Josephson junctions (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Hatano, et al.,
  • 学会等名: European Society of Applied Superconductivity
  • 発表場所: Genova, Italy
• [学会発表] Terahertz emission and detection both based on high-Tc superconductors (2013)
  • 著者名/発表者名: H. B. Wang, et al.,
  • 学会等名: 14th Vortex Matter Conference
  • 発表場所: 南京,中国
  • 招待講演
• [学会発表] Observation of up to 7 Shapiro steps in an YBCO grain boundary Josephson junction excited with a powerful BSCCO THz oscillator at 500 GHz: Towards an integrated receiver (2013)
  • 著者名/発表者名: H. B. Wang, et al.,
  • 学会等名: International Superconducting Electronics Conference 2013
  • 発表場所: ケンブリッジ,アメリカ
• [学会発表] Towards Practical Applications of THz Josephson Oscillator with Sub -mW Power and 500 GHz Frequency Tunabikity. (2013)
  • 著者名/発表者名: H. B. Wang, et al.,
  • 学会等名: IRMMW-THZ2013
  • 発表場所: マインツ,ドイツ
  • 招待講演
• [学会発表] THz oscillator using intrinsic Josephson junctions (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Hatano, et al.,
  • 学会等名: 超伝導エレクトロニクス第146委員会 第90回研究会
  • 発表場所: 東京
  • 招待講演
• [学会発表] THz emission from intrinsic Josephson junctions (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Hatano, et al.,
  • 学会等名: 日本物理学会第68回年会
  • 発表場所: 徳島市