超伝導固有ジョセフソン接合によるテラヘルツ波の発振と応用

2008 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 18204031
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 物性Ⅱ
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 門脇 和男 筑波大学, 大学院・数理物質科学研究科, 教授 (00272170)
• 研究分担者: 掛谷 一弘 筑波大学, 大学院・数理物質科学研究科, 講師 (80302389) ; 小久保 伸人 筑波大学, 大学院・数理物質科学研究科, 講師 (80372340)
• 研究期間 (年度): 2006 – 2008
• キーワード: 高温超伝導 / 固有ジョセフソン接合 / テラヘルツ波 / 交流ジョセフソン効果 / ジョセフソンレーザー / 非線形発振

研究概要

高温超伝導体は超伝導を担う平面的に配列したCuO_2層が積層した結晶構造を持ち、面間は超伝導の結合が弱く、原子レベルで高密度に積層した多重ジョセフソン接合系を形成している。高品質単結晶Bi_2Sr_2CaCu_2O^(8+δ)を育成し、CuO_2面に垂直に直流電流を流すことにより、強力で連続かつコヒーレントなテラヘルツ帯の電磁波を発生することに成功した。これはレーザー発振と同等であり、今後、基礎研究はもとより医療診断、セキュリティなど幅広い応用が期待される。

研究成果

• [雑誌論文] In-Phase Electrodynamics and Terahertz Wave Emission in Extended Intrinsic Josephson Junctions (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Koyama, H. Matsumoto, M. Machida and K. Kadowaki
  • 雑誌名: Phys. Rev. B79 104522 ページ: 1-12
• [雑誌論文] THz Wave Emission from the Intrinsic Josephson Junctions of High-Tc SuperconductorsProceedings of the 25^<th> International Conference on Low Temperature Conference (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Matsumoto, T. Koyama, M. Machida, K. Kadowaki
  • 雑誌名: held in Amsterdam, The Netherlands, August 6^<th>-13^<th> 052156 ページ: 1-4
• [雑誌論文] Direct Observation of Terahertz Electromagnetic Waves Emitted from Intrinsic Josephson Junctions in Single Crystalline Bi_2Sr_2CaCu_2O_8 (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Kadowaki, H. Yamaguchi, K. Kawamata, T. Yamamoto, H. Minami, I. Kakeya, U. Welp, L. Ozyuzer, A. E. Koshelev, C. Kurter, K. E. Gray and W. -K. Kwok
  • ページ: 634-639
• [雑誌論文] Quantum Oscillation of the c-Axis Resistivity due to Entracne of Pancake Vortices into Micro-Fabricated Bi_2Sr_2CaCu_2O_<8+δ> Intrinsic Josephson Junctions (2008)
  • 著者名/発表者名: I. Kakeya, K. Fukui, K. Kawamata, T. Yamamoto and K. Kadowaki
  • 雑誌名: Physica C468 ページ: 669-673
• [雑誌論文] Small-Number Arrays of Intrinsic Josephson Junctions (2008)
  • 著者名/発表者名: A. Yurgens, M. Torstensson, L. X. You, T. Bauch, D. Winkler, I. Kakeya and K. Kadowaki
  • 雑誌名: Physica C468 ページ: 674-678
• [雑誌論文] Emission of Coherent THz Radiation from Superconductors (2007)
  • 著者名/発表者名: L. Ozyuzer, A. E. Koshelev, C. Kurter, N. Gopalsami, Q. Li, M. Tachiki, K. Kadowaki, T. Yamamoto, H. Minami, H. Yamaguchi, T. Tachiki, K. E. Gray, W. -K. Kwok and U. Welp
  • 雑誌名: Science 318 318 ページ: 1291-1293
• [学会発表] Temperature and Field Dependence of the Emission of Terahertz Waves from Intrinsic Josephson Junctions (2009)
  • 著者名/発表者名: Ulrich Welp, Alexei Koshelev, Lutfi Ozyuzer, Cihan Kurter, Masashi Tachiki, Kazuo Kadowaki, Takashi Yamamoto and Wai -K. Kwok
  • 学会等名: APS(American Physical Society) March Meeting(given by oral presentation, Session D34-1, Program & Show Guide, p183)
  • 発表場所: held at Pittsburgh, USA
  • 年月日: 20090300
• [学会発表] Angular Dependence of the Radiation Power of a Josephson STAR-emitter (2009)
  • 著者名/発表者名: Richard Klemm and K. Kadowaki
  • 学会等名: APS(American Physical Society) March Meeting(given by oral presentation, Session D34-3, Program & Show Guide, p183)
  • 発表場所: held in Pittsburgh, USA
  • 年月日: 20090300
• [学会発表] Direct Observation of THz Radiation from Cylindrical Structure of Intrinsic Josephson Junction System of Bi2212 (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Tsujimoto, T. Yamamo,H. Minami, K. Kadowaki, M. Tachiki, U. Welp and W. -K. Kwok
  • 学会等名: APS(American Physical Society) March Meeting(given by oral presentation, Session D34-6, Program & Show Guide, p183)
  • 発表場所: held at Pittsburgh, USA
  • 年月日: 20090300
• [学会発表] Bi2212固有ジョセフソン接合系のテラヘルツ発振特性 (2009)
  • 著者名/発表者名: 南英俊、折田尚樹、小池隆、門脇和男
  • 学会等名: 日本物理学会第64回年次大会(日本物理学会講演概要集第64巻第1号第3分冊、p659)
  • 発表場所: 立教大学、立教池袋中学・高校(領域8(30pTA-1)にて口頭発表)
  • 年月日: 2009-03-30
• [学会発表] Bi_2Sr_2CaCu_2O^(8+δ)単結晶メサによるテラヘルツ波発振の形状効果II (2009)
  • 著者名/発表者名: 辻本学、八巻和宏、山口勇人、山本卓、南英俊、南英俊、門脇和男
  • 学会等名: 日本物理学会第64回年次大会(日本物理学会講演概要集第64巻第1号第3分冊、p659)
  • 発表場所: 立教大学、立教池袋中学・高校(領域8(30pTA-4)にて口頭発表)
  • 年月日: 2009-03-30
• [学会発表] Bi_2Sr_2CaCu_2O^(8+δ)単結晶メサによるテラヘルツ波発振の形状効果 (2008)
  • 著者名/発表者名: 辻本学、八巻和宏、山口勇人、山本卓、南英俊、掛谷一弘、門脇和男
  • 学会等名: 日本物理学会2008年秋季大会(日本物理学会講演概要集第63巻第2号第3分冊、p571)
  • 発表場所: 岩手大学上田キャンパス(領域8(23aQE-5)にて口頭発表)
  • 年月日: 2008-09-23
• [学会発表] 多層固有ジョセフソン接合系におけるTHz電磁波の放射強度と放射率について (2008)
  • 著者名/発表者名: 門脇和男、Richard Klemm、八巻和宏、辻本学、南英俊
  • 学会等名: 日本物理学会2008年秋季大会(日本物理学会講演概要集第63巻第2号第3分冊、p571)
  • 発表場所: 岩手大学上田キャンパス(領域8(23aQE-6)にて口頭発表)
  • 年月日: 2008-09-23
• [学会発表] 矩形型Bi2212単結晶メサを用いたテラヘルツ波発振の角度依存性 (2008)
  • 著者名/発表者名: 八巻和宏、辻本学、山口勇人、山本卓、南英俊、掛谷一弘、門脇和男
  • 学会等名: 日本物理学会2008年秋季大会(日本物理学会講演概要集第63巻第2号第3分冊、p571)
  • 発表場所: 岩手大学上田キャンパス(領域8(23aQE-3)にて口頭発表)
  • 年月日: 2008-09-20
• [産業財産権] 指向性を有するテラヘルツ帯域電磁波発振装置 (2008)
  • 発明者名: 門脇和男、掛谷一弘、南英俊、山本卓、山口勇人
  • 権利者名: 国立大学法人筑波大学
  • 産業財産権番号: 特願2008-066110
  • 出願年月日: 2008-03-14
• [産業財産権] 高次高調波を利用するテラヘルツ帯域電磁波発信装置 (2008)
  • 発明者名: 門脇和男、掛谷一弘、南英俊、山本卓、山口勇人
  • 権利者名: 国立大学法人筑波大学
  • 産業財産権番号: 特願2008-066111
  • 出願年月日: 2008-03-14
• [産業財産権] 国立大学法人筑波大学 (2007)
  • 発明者名: 門脇和男、掛谷一弘、南英俊
  • 権利者名: テラヘルツ帯電磁波発信装置およびその製造方法
  • 産業財産権番号: 特願2007-204489
  • 出願年月日: 2007-08-06