フェムト秒レーザーによる超伝導電荷変調と新機能フォトニックデバイスの開発

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12450146
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 斗内 政吉 大阪大学, 超伝導フォトニクス研究センター, 教授 (40207593)
• キーワード: 高温超伝導体 / フェムト秒レーザー / テラヘルツ電磁波 / 電荷ダイナミックス / 光磁束生成 / 光メモリー / 超高速光信号イメージング / ポンプ・プローブテラヘルツ

研究概要

本研究では、超伝導体の高速光応答物性を露にし、新しい応用の展開への道を切り開くことを目的としている。まず、課題"時間遅延パルスによる光誘起電荷緩和特性評価"では、ダブルパルス励起テラヘルツ電磁波観測システムを構築し、GaAsに関する、超高速電荷ダイナミクスとテラヘルツ電磁波励起機構の関係を明らかにし、ダブルパルス手法の有用性を示した。その手法を、YBCO薄膜に適用し、同様な観測を行った。その結果、対粒子破壊過程と緩和過程を含む高速ダイナミクスが観測され、それらから、テラヘルツ電磁波励起時の散乱過程モデルを提案した。
課題"磁束の挙動とテラヘルツ電磁波放射の相関関係"では、磁磁場下に置かれたタリウム系超伝導体薄膜からの共鳴テラヘルツ電磁波放射現象を検討し、共鳴テラヘルツ電磁波放射がキャリア密度に大きく依存していることを見出し、今後の重要な研究指針を明らかにした。
課題3"超伝導フォトニックスデバイスの提案と試作・評価"では、単一フェムト秒光パルスの2次元情報を磁束量子分布に変換できる新しい物理現象を更に詳しく観測し、その発現機構を説明した。また、その応用として、フェムト秒光パルスの2次元検出器や光制御器に開発が可能であることを明らかにした。その応用を具現化するため、CCDカメラによる観測技術を構築した。また、新しい試みとして、フラックスフロートランジスターの光応答を求め、その単一磁束量子演算回路への光インターフェイスとして期待できることも明らかにした。
以上、フェムト秒レーザーによる超伝導電荷変調減少を明らかにし、その機能を用いた様々な新機能フォトニックスデバイスおよびシステム提案することができ、本プロジェクトの目的は達成された。

研究成果

• [文献書誌] H.Murakami: "Electric field pulse radiation properties of a Bi_2Sr_2CaCu_2O_<8+δ> bowtie-antenna devices by optical pulse illumination"Japanese Journal of Applied Physics. 41・4A. 1992-1997 (2002)
• [文献書誌] 斗内政吉: "強相関電子系材料からのテラヘルツ電磁波放射と関連物性"レーザー研究. 30・7. 370-375 (2002)
• [文献書誌] 斗内政吉: "高温超伝導体の極短光パルス応答と磁束量子制御"電子情報通信学会論文誌. J85-C・5. 323-322 (2002)
• [文献書誌] Y.Tominari: "Resonant Terahertz Radiation from Tl_2Ba_2CaCu_2O_<8+δ> Thin Films by Ultrafast Optical Pulse Excitation"Applied Physics Letter. 80・17. 3147-3149 (2002)
• [文献書誌] M.Tonouchi: "Pump and Probe Terahertz Generation Study of Ultrafast Carrier Dynamics in Low-Temperature Grown GaAs"Japanese Journal of Applied Physics. 41・6B. L706-L709 (2002)
• [文献書誌] T.Kiwa: "Terahertz Emission Properties of Josephson Junction under Small Magnetic Field"Singapore Journal of Physics. 18・1. 161-164 (2002)
• [文献書誌] M.Tonouchi: "Laser Power Dependence of Optical Magnetic Flux Generation in YBCO Thin Film Loops"Singapore Journal of Physics. 18・1. 153-159 (2002)
• [文献書誌] H.Murakami: "Partial and macroscopic phase coherences in an underdoped Bi_2Sr_2CaCu_2O_<8+□> thin film"Europhysics Letter. 60・2. 288-294 (2002)
• [文献書誌] H.Murakami: "Ultrafast Phase-Coherence in Normal State of UnderdopedBi_2Sr_2CaCu_2O_<8+d> Thin Film"Journal of Superconductivity. 15・5. 354-350 (2002)
• [文献書誌] K.Kotani: "Dielectric response of c-oriented SrBi2Ta2O9 thin films observed with interdigital electrodes"Japanese Journal of Applied Physics. 41・11B. 6790-6792 (2002)
• [文献書誌] I.Kawayama: "Time-domain terahertz spectroscopy of SrBi2Ta2O9 thin films on MgO substrates"Japanese Journal of Applied Physics. 41・11B. 6803-6805 (2002)
• [文献書誌] M.Misra: "Supercurrent Distribution Imaging System for HTS Thin Films Utilizing Femtosecond Fiber Laser"Physica C 378-381. 378-381. 1287-1290 (2002)
• [文献書誌] H.Murakami: "Relaxation dynamics of optically excited quasi-particles in BSCCO"Physica C 378-381. 378-381. 320-323 (2002)
• [文献書誌] M.Misra: "Electrically tunable compact high-Tc superconducting coplanar waveguide resonator"Proceedings of Asia-Pacific Microwave Conference-2002. Vol.1. 215-217 (2002)
• [文献書誌] 紀和利彦: "高温超伝導体ジョセフソン接合を用いたフォトミキシング光-マイクロ波変換システム"低温工学. 38・1. 9-14 (2003)
• [文献書誌] M.Misra: "Analysis of a flip-chip bonded tunable high-temperature superconducting coplanar waveguide resonator using the conformal mapping technique"Superconductor Science and Technology. 16. 492-497 (2003)
• [文献書誌] M.Tonouchi: "Nova Science,-Studies of High Temperature Superconductors No.42,Vortex Physics-ed.A.V.Narlikar"Optical Vortex Generation in High Tc Superconductor. 399 (2002)