高温超伝導体コヒーレントテラヘルツ光源の実証と実用化

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23681030
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: マイクロ・ナノデバイス
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 掛谷 一弘 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80302389)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: 固有ジョセフソン接合 / テラヘルツ発振 / Bi2212 / 同期現象 / ジョセフソン効果

研究概要

本研究では、高温超伝導体を用いたテラヘルツ光源の特性を明らかにし、その特性の設計・制御に初めて成功した。電波と光の中間に位置するテラヘルツ光は、高い透過性と分解能を備え、現在精力的に開発が進められている波長帯の電磁波である。高温超伝導テラヘルツ光源から放射される電磁波は通信用のキャリア電波として利用可能な特性を示し、同一の素子で周波数を外部から調整可能であることがわかった。一連の研究においてこれまで問題であった素子特性の非制御性をなくすことに成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Temperature and current dependencies of terahertz emission from stacks of intrinsic Josephson junctions with thin electrodes revealed by a high-resolution FT-IR spectrometer (2013)
  • 著者名/発表者名: I. Kakeya, N. Hirayama, T. Nakagawa, Y. Omukai, and M. Suzuki
  • 雑誌名: Physica C : Superconductivity 巻: 491 [ DOI | http ] ページ: 11-15
• [雑誌論文] Increase of superfluid density with growth of quasiparticle density of states probed by intrinsic tunneling spectroscopy in Bi_<1.9>Pb_<0.1>Sr_2CaCu_2O_<8+δ> (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Kambara, I. Kakeya, and M. Suzuki
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 87(21) ページ: 214521
• [雑誌論文] Effect of thermal inhomogeneity for terahertz radiation from intrinsic Josephson junction stacks of Bi_2Sr_2CaCu_2O_8+δ (2012)
  • 著者名/発表者名: I. Kakeya, Y. Omukai, T. Yamamoto, K. Kadowaki, and M. Suzuki
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 100(24)[ DOI | http ] ページ: 242603
• [雑誌論文] Intrinsic Tunneling Spectroscopy for Pb-Substituted Bi2212 in the Underdoped Region (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Kambara, I. Kakeya, and M. Suzuki
  • 雑誌名: Journal of Physics : Conference Series 巻: 400(2) [ DOI | http ] ページ: 022043
• [雑誌論文] Simultaneous Observation of Three Types of Terahertz Radiation from Bi_2Sr_2CaCu_2O_8+δIntrinsic Josephson Junctions (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Omukai, I. Kakeya, and M. Suzuki
  • 雑誌名: Journal of Physics : Conference Series 巻: 400(5) [ DOI | http ] ページ: 052027
• [雑誌論文] Fluctuating pancake vortices revealed by dissipation of the Josephson vortex lattice (2011)
  • 著者名/発表者名: A. E. Koshelev, A. I. Buzdin, I. Kakeya, T. Yamamoto, and K. Kadowaki
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 83(22) [ DOI | http ] ページ: 224515
• [学会発表] Bi_2Sr_2CaCu_2O_<8+δ>テラヘルツ光源におけるメサ内温度分布の動的制御 (2014)
  • 著者名/発表者名: 辻本学,中川裕也,吉岡佑介,亀井裕太,前田圭穂,神原仁志,掛谷一弘
  • 学会等名: 日本物理学会第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学(平塚市)
  • 年月日: 2014-03-28
• [学会発表] Pb置換Bi2212からのテラヘルツ発振 (2014)
  • 著者名/発表者名: 前田圭穂,吉岡佑介,神原仁志,辻本学,掛谷一弘
  • 学会等名: 日本物理学会第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学(平塚市)
  • 年月日: 2014-03-28
• [学会発表] Bi_2Sr_2CaCu_2O_8+δテラヘルツ光源のメサ内温度分布制御による高出力化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 辻本学,中川裕也,吉岡佑介,前田圭穂,神原仁志,掛谷一弘
  • 学会等名: 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 青山学院大学(相模原市)
  • 年月日: 2014-03-18
• [学会発表] Monochromatic, continuous, and tunable sub-terahertz emission from high-temperature superconducting intrinsic Josephson junction stacks (2013)
  • 著者名/発表者名: I. Kakeya, N. Hirayama, S. Mizuta, T. Nakagawa, Y. Kamei, Y. Maeda, and M. Suzuki
  • 学会等名: International Workshop on Optical Terahertz Science and Technology 2013
  • 年月日: 20130401-05
• [学会発表] Frequency tuning range of intrinsic Josephson junction terahertz emitter as functions of device geometries and structures (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Yoshioka, N. Hirayama, S. Mizuta T. Nakagawa, I. Kakeya, and M. Suzuki
  • 学会等名: International Workshop on Optical Terahertz Science and Technology 2013
  • 年月日: 20130401-05
• [学会発表] 2電極を有するBi-2212テラヘルツ光源の電流注入調節による特性制御 (2013)
  • 著者名/発表者名: 辻本学、中川裕也、吉岡佑介、亀井裕太、前田圭穂、水田慎吾、掛谷一弘
  • 学会等名: 第21回渦糸物理国内会議
  • 発表場所: 東北大学金属材料研究所(仙台市)
  • 年月日: 2013-12-13
• [学会発表] Pb置換Bi_2Sr_2CaCu_2O_<8+δ>固有ジョセフソン接合からのテラヘルツ発振 (2013)
  • 著者名/発表者名: 前田圭穂、吉岡佑介、神原仁志、辻本学、掛谷一弘
  • 学会等名: 第21回渦糸物理国内会議
  • 発表場所: 東北大学金属材料研究所(仙台市)
  • 年月日: 2013-12-13
• [学会発表] 2電極構造を有するBi_2Sr_2CaCu_2O_<8+δ>テラヘルツ発振素子による電流注入効果の検証 (2013)
  • 著者名/発表者名: 辻本学,中川裕也,吉岡佑介,亀井裕太,前田圭穂,水田慎吾,掛谷一弘
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学常三島キャンパス
  • 年月日: 2013-09-28
• [学会発表] 固有ジョセフソン接合からのTHz発振周波数の温度依存性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 吉岡佑介,辻本学,平山伸夫,中川拓人,鈴木実,掛谷一弘
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学常三島キャンパス
  • 年月日: 2013-09-28
• [学会発表] Pb置換Bi_2Sr_2CaCu_2O_<8+δ>固有ジョセフソン接合からのテラヘルツ波発振に関する検討 (2013)
  • 著者名/発表者名: 前田圭穂,吉岡佑介,平山伸夫,辻本学,掛谷一弘
  • 学会等名: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学京田辺キャンパス
  • 年月日: 2013-09-18
• [学会発表] Bi_2Sr_2CaCu_2O_<8+δ>テラヘルツ発振素子の電流注入調節による特性制御 (2013)
  • 著者名/発表者名: 辻本学,中川裕也,吉岡佑介,亀井裕太,前田圭穂,水田慎吾,掛谷一弘
  • 学会等名: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学京田辺キャンパス
  • 年月日: 2013-09-18
• [学会発表] Temperature and bias tuning of terahertz emission from Bi2212 intrinsic Josephson junction stacks (2013)
  • 著者名/発表者名: I. Kakeya, N. Hirayama, S. Mizuta, T. Nakagawa, and M. Suzuki
  • 学会等名: 11th Euroconference on Applied Superconductivity (EUCAS2013)
  • 発表場所: Genova, Italy
  • 年月日: 2013-09-18
• [学会発表] Enhancement of Macroscopic Quantum Tunneling in Intrinsic Josephson Junctions of BSCCO Cuprates due to Short-Ranged Inter-Junction Couplings (2013)
  • 著者名/発表者名: Itsuhiro Kakeya
  • 学会等名: 2nd Workshop on THz radiation from intrinsic Josephson junctions
  • 発表場所: Tsukuba, Japan
  • 年月日: 2013-08-30
• [学会発表] Bi2212固有ジョセフソン接合からの発振スペクトル線幅 (2013)
  • 著者名/発表者名: 掛谷一弘,平山伸夫,中川拓人,水田慎吾,鈴木実
  • 学会等名: 日本物理学会第68回年次大会
  • 発表場所: 広島大学東広島キャンパス
  • 年月日: 2013-03-29
• [学会発表] Bi_<2-x>Pb_xSr_2-yLa_yCuO_<6+δ>の固有トンネル分光による超伝導ギャップの観測 (2013)
  • 著者名/発表者名: 野村義樹,神原仁志,掛谷一弘,鈴木実
  • 学会等名: 第60回応用物理学会春期学術講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学
  • 年月日: 2013-03-27
• [学会発表] 高温超伝導体Bi_2Sr_2CaCu_2O_<8+δ>固有ジョセフソン接合からのテラヘルツ発振の温度範囲における電極厚依存性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 中川拓人,平山伸夫,水田慎吾,亀井裕太,前田圭穂,吉岡佑介,掛谷一弘,鈴木実
  • 学会等名: 第60回応用物理学会春期学術講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学
  • 年月日: 2013-03-27
• [学会発表] Collective quantum functions of superconducting intrinsic Josephson junctions (2013)
  • 著者名/発表者名: Itsuhiro Kakeya and Minoru Suzuki
  • 学会等名: 6th GCOE International Symposium on Photonics and Electronics Science and Engineering
  • 発表場所: Katsura campus, Kyoto University
  • 年月日: 2013-03-11
• [学会発表] THz emission properties of various device geometries on Bi2212 crystals (2013)
  • 著者名/発表者名: Itsuhiro Kakeya
  • 学会等名: Workshop on THz emission from intrinsic Josephson junctions
  • 発表場所: Katsura campus, Kyoto University
  • 年月日: 2013-03-10
• [学会発表] Effect of thermal inhomogeneity of intrinsic Josephson junction stack for excitation of synchronized terahertz Josephson plasma oscillations (2012)
  • 著者名/発表者名: Itsuhiro Kakeya
  • 学会等名: The 8th International Symposium on Intrinsic Josephson Effects and Plasma Oscillations in High-Tc Superconductors (PLASMA 2012)
  • 発表場所: Izmir, Turkey
  • 年月日: 20120610-13
• [学会発表] Bi2212固有ジョセフソン接合からのテラヘルツ波発振周波数のバイアス電流・温度依存性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 平山伸夫,水田慎吾,掛谷一弘,鈴木実
  • 学会等名: 日本物理学会2012年秋季大会
  • 発表場所: 横浜国立大学
  • 年月日: 2012-09-20
• [学会発表] 高温超伝導体Bi_2Sr_2CaCu_2O_8+δ固有ジョセフソン接合からのテラヘルツ波発振における周波数制御 (2012)
  • 著者名/発表者名: 平山伸夫,水田慎吾,中川拓人,掛谷一弘,鈴木実
  • 学会等名: 第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学、松山大学
  • 年月日: 2012-09-13
• [学会発表] 高温超伝導体固有ジョセフソン接合における巨大量子同期現象:テラヘルツ波発振、巨視的量子トンネル (2012)
  • 著者名/発表者名: 掛谷一弘
  • 学会等名: 低温工学協会・超伝導学会関西支部2012年第1回講演会
  • 発表場所: 京都大学桂キャンパス
  • 年月日: 2012-05-25
• [学会発表] Effect of thermal inhomogeneity for terahertz-wave excitation in intrinsic Josephson junction stack (2012)
  • 著者名/発表者名: Itsuhiro Kakeya, Yuta Omukai, and Minoru Suzuki
  • 学会等名: International workshop on Pathbreaking Phase Sciences in Superconductivity 2012
  • 発表場所: Osaka, Japan
  • 年月日: 2012-01-14
• [学会発表] Bi2212固有接合におけるTHz波励起の電極による抑制 (2011)
  • 著者名/発表者名: 掛谷一弘,大向勇太,鈴木実
  • 学会等名: F09第19回渦糸物理国内会議
  • 発表場所: 物質材料研究機構
  • 年月日: 2011-12-09
• [学会発表] 「Bi_2Sr_2CaCu_2O_<8+δ>固有ジョセフソン接合からのテラヘルツ波発振に関する電極の影響 (2011)
  • 著者名/発表者名: 大向勇太,掛谷一弘,鈴木実
  • 学会等名: 日本物理学会2011年秋季大会
  • 発表場所: 富山大学
  • 年月日: 2011-09-24
• [学会発表] Conditions of terahertz radiation from Bi_2Sr_2CaCu_2O_<8+δ> intrinsic Josephson junctions (2011)
  • 著者名/発表者名: I. Kakeya
  • 学会等名: Superconductivity Centenical Conference
  • 発表場所: The Hague, The Netherlands
  • 年月日: 2011-09-20
• [学会発表] Terahertz Radiation from Bi_2Sr_2CaCu_2O_<8+δ> Intrinsic Josephson Junctions above Critical Current (2011)
  • 著者名/発表者名: Yuta Omukai, Tomonari Kawasaki, Itsuhiro Kakeya, and Minoru Suzuki
  • 学会等名: The 26th International Conference on Low Temperature Physics (LT26)
  • 発表場所: Beijing, China
  • 年月日: 2011-08-12
• [学会発表] Effect of thermal diffusion on Bi_2Sr_2CaCu_2O_8+δmesa structures for terahertz radiation (2011)
  • 著者名/発表者名: I. Kakeya, Y. Omukai, and M. Suzuki
  • 学会等名: The 13th International Workshop on Vortex Matter in Superconductors
  • 発表場所: Chicago, USA
  • 年月日: 2011-08-01
• [備考]
  • URL: http://sk.kuee.kyoto-u.ac.jp
• [産業財産権] 「温度分布型超伝導体テラヘルツ発振 器および温度分布型超伝導体テラヘルツ発 振器の製造方法」 (2012)
  • 発明者名: 掛 谷一弘、大向勇太、鈴木実
  • 権利者名: 国立大学法人京都大学
  • 産業財産権種類: 特願
  • 産業財産権番号: 2012-118983
  • 出願年月日: 2012-05-24
  • 外国