研究課題
非破壊検査,次世代大容量通信,医療診断などの幅広い分野で,テラヘルツ(THz)波は,今後利用が拡大することが期待されている。このTHz波技術を用いた「次世代産業の創出と豊かな電波社会」の実現のために,我々は連続発振が可能な小型THz波発振器の開発を進めている。THz波の幅広い利用には発振性能として「1~2 THzで,1 mWの出力及び1 kHzの発振線幅」程度が求められる。我々は,これを高温超伝導体 Bi2Sr2CaCu2O8+δ(Bi2212)単結晶を用いて実現することを目指している。我々が開発を進めるBi2212-THz波発振器の特筆すべき点は,Bi2212単結晶に内在するジョセフソン接合を利用することで,0.1 ~ 15 THzまでを 1つの発振器で原理的に発生できる点である。本研究では,この性質を利用しつつ,上述のTHz波の幅広い利用に要求される発振性能の達成を,Bi2212単結晶材料の最適化や発振素子構造の改良から行う。上記目標の達成に向け,(1) 1 mWレベルの発振出力の実現, (2) 1 kHzレベルの発振線幅の実現, (3)共同研究を通じたBi2212-THz発振器の利用先の開拓,の3つを主課題として現在研究を進めており,本年度は以下の内容を実施した。 (1)に関しては,Bi2212単結晶材料の観点から評価を進めた。組成比や熱処理でキャリア数などを調整した結晶材料を準備し,それらの材料特性及びデバイス特性を評価し,材料と発振特性に関する基礎的な情報を得た。(2)に関しては,(1)とも関係するが,発振素子のアレイ化に関する検証を進めた。現時点では,アレイ素子の製作方法に関してある程度の進展を得た。(3)に関しては,企業とのコラボレーションを通じて,小型冷凍機を用いたBi2212-THz発振器の開発に取り組んだ。
2: おおむね順調に進展している
本年度は,当初の研究計画に沿って概ね順調に進めることができたと考えている。特に材料特性とデバイス特性の関係について,これまではあまり意識されていなかった点などに関して興味深い情報が得られた。ただいくつかの点で(例えば共同研究を通じた活動),当初計画よりも若干遅れている点があるので,その点を次年度で適宜対応し,研究目標の達成を目指す。
上述した主な3つの課題に関して,本年度得られた成果を基盤にし当初計画を適宜修正しつつ研究を進める。特に,コロナウィルスの影響などにより共同研究・実験に制限がある場合は,他の研究項目を優先するなどして,テーマごとの取り組む時期を適宜調整して対応する。
すべて 2021 2020 その他
すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 2件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (18件) (うち国際学会 5件、 招待講演 2件) 備考 (1件) 産業財産権 (1件)
Materials
巻: 14 ページ: 1135
10.3390/ma14051135
Phys. Rev. Applied
巻: 13 ページ: 064026
10.1103/PhysRevApplied.13.064026
Japanese Journal of Applied Physics
巻: 59 ページ: 105004-1-5
10.35848/1347-4065/abb8f1
https://www.ims.tsukuba.ac.jp/~kashiwagi_lab/index.html