テラヘルツ帯超伝導高速・高分解能計測システム

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11555106
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 山下 努 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 教授 (30006259)
• 研究分担者: 水柿 義直 東北大学, 電気通信研究所, 助手 (30280887) ; 陳 健 東北大学, 電気通信研究所, 助教授 (90241588) ; 中島 健介 東北大学, 電気通信研究所, 助教授 (70198084)
• キーワード: テラヘルツ帯 / 高温超伝導 / ジョセフソン接合 / 広帯域平面型アンテナ / 小型冷凍機 / 準光学技術 / ヒルベルト変換

研究概要

今年度は前年度の研究成果を踏まえ、実用的なテラヘルツ帯での小型、高速、広帯域検出計測システムの実現を目指して、高温超伝導ジョセフソン接合と広帯域平面型アンテナとの集積化、小型冷凍機に搭載したデバイスの特性影響および測定・解析のプログラム化等についての研究を重点的に行った。まず、広帯域平面型アンテナと結合した高温超伝導ジョセフソン接合の電気特性を液体ヘリウム温度(4.2K)から液体窒素温度(77K)の低温において詳細に計測した。幾つかの共振構造が明瞭に観測され、定量的な計算から、その現象はジョセフソン効果と結合したアンテナとの共振現象であることを明らかにした。これは、低温システムの高周波応答を改善するために必要となる平面型アンテナの低温特性の評価法として有効である。次に、準光学設計技術に基づき、テラヘルツ帯での簡便な広帯域準光学システムを設計し、TPX等の低誘電率高分子材料を用いて準光学システムを構成した。外来電磁気信号に敏感なジョセフソン素子を小型低雑音パルスチューブ冷凍機に取り付け、高周波電磁シールドルーム内においてマイクロ波、ミリ波、サブミリ波発信源を用いて広帯域応答特性を評価して、作成した広帯域準光学システムが機能することを確認した。更に、測定の高速化と簡便化を目指し、コンピュター等を用いて、データ採集、ヒルベルト変換といった処理・解析の自動化プログラムを開発した。これらを統合したシステム化によって、簡便な高温超伝導テラヘルツ計測システムの実現ができると期待される。

研究成果

• [文献書誌] 山下努: "固有ジョセフソン効果(新現象と応用の可能性)"応用物理. 70・1. 14-20 (2001)
• [文献書誌] H.B.Wang,J.Chen,K.Nakajima,T.Yamashita,and P.H.Wu: "Intrinsic Josephson junction arrays on Bi_2Sr_2CaCu_2O_<8+x> single crystals and their possible applications at 100 GHz"IEICE Trans.Electron. E84-C・1. 61-66 (2001)
• [文献書誌] Yamashita T.,Kim S.-J.,Latyshev Yu.,and Nakajima K.: "Intrinsic Josephson effect and single Cooper pair tunneling"Physica C. 335 1-4. 219-225 (2000)
• [文献書誌] K.Nakajima,T.Yamashita,S.Sudo,and T.Tachiki: "High speed vortex motion in Bi_2Sr_2CaCu_2Oy intrinsic Josephson junctions fabricated by inhibiting ion implantation"Physica C. 341-348・1-4. 1599-1600 (2000)
• [文献書誌] H.B.Wang,J.Chen,Y.Aruga,T.Tachiki,Y.Mizugaki,K.Nakajima,T.Yamashita,and P.H.Wu: "Investigation of microwave responses in BSCCO-2212 intrinsic Josephson junctions up to short millimeter wavebands"Physica C. 341-348・1-4. 2737-2738 (2000)
• [文献書誌] J.W.Kooi,J.Kawamura,J.Chen,G.Chattopadhyay,J.R.Pardo et.al.: "A Low Noise NbTiN-based 850 GHz SIS Receiver for the Caltech Submillimeter Observatory"Int.J.of Infrared and Millimeter Waves. 21・9. 1357-1373 (2000)
• [文献書誌] S.Rother,R.Kleiner,b,P.Mueller,M.Darula,Y.Kasai and K.Nakajima: "Far infrared response of intrinsic Josephson junctions"Physica C. 341-348・1-4. 1565-1566 (2000)