超伝導コヒーレントテラヘルツ光源の高出力化と応用

• 研究課題/領域番号: 26790032
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: ナノマイクロシステム
• 研究機関: 筑波大学 (2015); 京都大学 (2014)
• 研究代表者: 辻本 学 筑波大学, 数理物質系, 助教 (20725890)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 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: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
• キーワード: 高温超伝導体 / ジョセフソン効果 / テラヘルツ波 / 温度分布イメージング / パッケージング / 超伝導 / 銅酸化物高温超伝導体 / テラヘルツ / 連続光源

研究成果の概要

銅酸化物高温超伝導体の固有ジョセフソン接合を使ったコヒーレントな連続テラヘルツ光源の高出力化、および光源の実用化を視野に入れた応用研究を展開した。温度分布イメージング装置の構築によって光源表面の温度分布の可視化実験に成功し、局所的温度上昇（ホットスポット）がテラヘルツ波出力を抑制する機構を解明した。温度分布を動的に制御し最適化することで出力が向上することを示した。また実験から得られた知見を応用し、排熱を最適化したパッケージ部品の製作を行った。

研究成果

• [雑誌論文] Cavity mode identification for coherent terahertz emission from high-Tc superconductors (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Tsujimoto, I. Kakeya, T. Kashiwagi, H. Minami, and K. Kadowaki
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 24 号: 5 ページ: 4591-4599
  • DOI: 10.1364/oe.24.004591
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A high- Tc intrinsic Josephson junction emitter tunable from 0.5 to 2.4 terahertz (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Kashiwagi, K. Sakamoto, H. Kubo, Y. Shibano, T. Enomoto, T. Kitamura, K. Asanuma, T. Yasui, C. Watanabe, K. Nakade, Y. Saiwai, T. Katsuragawa, M. Tsujimoto, R. Yoshizaki, T. Yamamoto, H. Minami, R. A. Klemm, and K. Kadowaki
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 107 号: 8
  • DOI: 10.1063/1.4929715
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Terahertz emission from a stack of intrinsic Josephson junctions in Pb-doped Bi2Sr2CaCu2O8+δ (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Tsujimoto, Y. Maeda, H. Kambara, A. Elarabi, Y. Yoshioka, Y. Nakagawa, Y. Wen, T. Doi, H. Saito, and I. Kakeya
  • 雑誌名: Superconductor Science and Technology 巻: 28 号: 10 ページ: 105015-105015
  • DOI: 10.1088/0953-2048/28/10/105015
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Efficient Fabrication of Intrinsic-Josephson-Junction Terahertz Oscillators with Greatly Reduced Self-Heating Effects (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Kashiwagi, T. Yamamoto, H. Minami, M. Tsujimoto, R. Yoshizaki, K. Delfanazari, T. Kitamura, C. Watanabe, K. Nakade, T. Yasui, K. Asanuma, Y. Saiwai, Y. Shibano, T. Enomoto, H. Kubo, K. Sakamoto, T. Katsuragawa, B. Markovic, J. Mirkovic, R. A. Klemm, and K. Kadowaki
  • 雑誌名: Physical Review Applied 巻: 4 号: 5
  • DOI: 10.1103/physrevapplied.4.054018
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 高温超伝導体からのコヒーレントな連続テラヘルツ波の発生 (2015)
  • 著者名/発表者名: 辻本学
  • 雑誌名: 京都大学低温物質科学研究センター誌 巻: 27 ページ: 10-18
  • NAID: 120005825913
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Dynamic control of temperature distributions in stacks of intrinsic Josephson junctions in Bi2Sr2CaCu2O8+δ for intense terahertz radiation (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Tsujimoto, H. Kambara, Y. Maeda, Y. Yoshioka, Y. Nakagawa, and I. Kakeya
  • 雑誌名: Phys. Rev. Applied 巻: 2 号: 4
  • DOI: 10.1103/physrevapplied.2.044016
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Imaging of local temperature distributions in mesas of high-Tc superconducting terahertz sources (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Tsujimoto, H. Kambara, Y. Maeda, Y. Yoshioka, Y. Nakagawa, and I. Kakeya
  • 雑誌名: J. Phys.: Conf. Ser. 巻: 568 号: 2 ページ: 022048-022048
  • DOI: 10.1088/1742-6596/568/2/022048
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Bi-2223固有ジョセフソン接合を使ったテラヘルツ発振の検証 (2016)
  • 著者名/発表者名: 辻本学，斉藤寛，土居卓司，温一凡，Asem Elarabi，掛谷一弘，足立伸太郎，渡辺孝夫
  • 学会等名: 日本物理学会第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-03-22
• [学会発表] 高廃熱構造を用いた固有ジョセフソン接合系Bi2212テラヘルツ発振素子の発振特性III (2016)
  • 著者名/発表者名: 柏木隆成，北村健郎，渡辺千春，柴野雄紀，幸良彦，榎本拓真，久保裕之，坂本和輝，桂川拓也，湯浅拓実，田中大河，小守優貴，辻本学，山本卓，吉崎亮造，南英俊，門脇和男
  • 学会等名: 日本物理学会第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-03-22
• [学会発表] 高温超伝導体Bi2212を用いたテラヘルツ波光源のパッケージ化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 土居卓司，辻本学，Elarabi Asem，温一凡，掛谷一弘
  • 学会等名: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東京工業大学（東京都目黒区）
  • 年月日: 2016-03-20
• [学会発表] 高温超伝導体単結晶Bi2Sr2CaCu2O8+δを用いた正方形型単独メサ構造からのTHz波発振特性II (2016)
  • 著者名/発表者名: 久保裕之，柏木隆成，坂本和輝，北村健郎，渡邊千春，幸良彦，柴野雄紀，桂川拓也，田中大河，湯浅拓実，小守優貴，榎本拓真，辻本学，山本卓，南英俊，門脇和男
  • 学会等名: 第63回応用物理学会春季学術講演
  • 発表場所: 東京工業大学（東京都目黒区）
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] 高温超伝導体Bi2212テラヘルツ光源の多機能化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 掛谷一弘，エララビアセム，温一凡，土居卓司，辻本学
  • 学会等名: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東京工業大学（東京都目黒区）
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] Terahertz emission from a stack of intrinsic Josephson junctions in Bi2Sr2Ca2Cu3O10+δ (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Tsujimoto, I. Kakeya, S. Adachi, T. Watanabe, T. Kashiwagi, H. Minami, and K. Kadowaki
  • 学会等名: 2016 American Physical Society March Meeting
  • 発表場所: Baltimore, Maryland, USA
  • 年月日: 2016-03-16
  • 国際学会
• [学会発表] A high Tc superconducting terahertz emitter operated from 0.5 to 2.4 THz (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Kashiwagi, K. Sakamoto, H. Kubo, Y. Shibano, T. Enomoto, T. Kitamura, K. Asanuma, T. Yasui, C. Watanabe, K. Nakade, Y. Saiwai, T. Katsuragawa, T. Tanaka, T. Yuasa, M. Tsujimoto, R. Yoshizaki, T. Yamamoto, H. Minami, R.A. Klemm, and K. Kadowaki
  • 学会等名: 2016 American Physical Society March Meeting
  • 発表場所: Baltimore, Maryland, USA
  • 年月日: 2016-03-16
  • 国際学会
• [学会発表] 高温超伝導体を使ったコヒーレントな連続テラヘルツ光源の開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 辻本学，斉藤寛，土居卓司，温一凡，Asem Elarabi，掛谷一弘
  • 学会等名: 第14回低温工学・超伝導若手合同講演会
  • 発表場所: 大阪市立大学文化交流センター（大阪府大阪市）
  • 年月日: 2015-12-11
• [学会発表] Bi-2212固有ジョセフソン接合テラヘルツ発振におけるストライプ状微細発振構造に関する考察 (2015)
  • 著者名/発表者名: 辻本学，斉藤寛，土居卓司，温一凡，Asem Elarabi，掛谷一弘
  • 学会等名: 第23回渦糸物理国内会議
  • 発表場所: 休暇村志賀島（福岡県福岡市）
  • 年月日: 2015-12-09
• [学会発表] Bi2Sr2CaCu2O8+δ固有ジョセフソン接合からのテラヘルツ波発生におけるストライプ状微細発振構造の起源 (2015)
  • 著者名/発表者名: 辻本学，斉藤寛，土居卓司，温一凡，Asem Elarabi，掛谷一弘，Fabian Rudau，Raphael Wieland，Reinhold Kleiner
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学（大阪府吹田市）
  • 年月日: 2015-09-18
• [学会発表] Bi2Sr2CaCu2O8+δ固有ジョセフソン接合からのコヒーレントな連続テラヘルツ波発生 (2015)
  • 著者名/発表者名: 辻本学，掛谷一弘
  • 学会等名: 京都大学基礎物理学研究所研究会「多自由度と相関効果が生み出す超伝導の新潮流～BCSからBECまで～」
  • 発表場所: 京都大学（京都府京都市）
  • 年月日: 2015-06-09
• [学会発表] Bi2Sr2CaCu2O8+固有ジョセフソン接合メサ構造における温度分布の動的制御とテラヘルツ発振の同時観測 (2015)
  • 著者名/発表者名: 辻本学，神原仁志，岸本卓也，温一凡，吉岡佑介，中川裕也，秋山弘樹，卞舜生，為ヶ井強，Fabian Rudau，Raphael Wieland，Reinhold Kleiner，掛谷一弘
  • 学会等名: 日本物理学会第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 年月日: 2015-03-24
• [学会発表] Dynamic control of temperature distributions in stacks of intrinsic Josephson junctions for intense terahertz emission (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Tsujimoto, H. Kambara, T. Kishimoto, Y. Wen, Y. Yoshioka, Y. Nakagawa, and I. Kakeya
  • 学会等名: 6th international workshop on Optical Terahertz Science and Technology
  • 発表場所: アメリカ カリフォルニア州 サンディエゴ
  • 年月日: 2015-03-11
• [学会発表] 高温超伝導体を使った連続可変な小型テラヘルツ光源の開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 辻本学，吉岡佑介，温一凡，岸本卓也，斉藤寛，中川裕也，掛谷一弘
  • 学会等名: 応用物理学会関西支部平成２６年度第３回講演会「関西発グリーンエレクトロニクス研究の進展」
  • 発表場所: 奈良先端科学技術大学院大学
  • 年月日: 2015-02-27
• [学会発表] Terahertz emission from a stack of intrinsic Josephson junctions in Pb-doped Bi-2212 (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Tsujimoto, H. Kambara, Y. Maeda, Y. Yoshioka, Y. Nakagawa, and I. Kakeya
  • 学会等名: 9th International Symposium on Intrinsic Josephson Effects and THz Plasma Oscillations in High-Tc Superconductors
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2014-12-02
• [学会発表] Dynamic control of temperature distributions in stacks of intrinsic Josephson junctions in Bi2Sr2CaCu2O8+δ for intense terahertz radiation (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Tsujimoto, H. Kambara, Y. Maeda, Y. Yoshioka, Y. Nakagawa, B. Gross, F. Rudau, R. Kleiner, and I. Kakeya
  • 学会等名: 9th International Symposium on Intrinsic Josephson Effects and THz Plasma Oscillations in High-Tc Superconductors
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2014-12-01
  • 招待講演
• [学会発表] Bi2Sr2CaCu2O8+δ固有ジョセフソン接合を用いた超伝導テラヘルツ光源の開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 辻本学、神原仁志、吉岡佑介、中川裕也、F. Rudau、B. Gross、R. Kleiner、掛谷一弘
  • 学会等名: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2014-09-18
  • 招待講演
• [学会発表] Imaging of local temperature distributions in mesas of high-Tc superconducting terahertz sources (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Tsujimoto, Y. Nakagawa, Y. Yoshioka, Y. Kamei, Y. Maeda, and I. Kakeya
  • 学会等名: 27th International Conference on Low Temperature Physics
  • 発表場所: アルゼンチン ブエノスアイレス
  • 年月日: 2014-08-04
• [備考] 京都大学ホームページ 研究成果
  • URL: http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/2014/141022_1.html
• [産業財産権] テラヘルツ帯電磁波発振装置 (2015)
  • 発明者名: 辻本学，掛谷一弘
  • 権利者名: 京都大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2015-12-17