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2013 年度 実績報告書

グラフェン内テラヘルツプラズモンの理論解析とそのテラヘルツ波素子への応用

研究課題

研究課題/領域番号 23760300
研究機関東北大学

研究代表者

佐藤 昭  東北大学, 電気通信研究所, 助教 (70510410)

キーワードグラフェン / テラヘルツ / プラズモン
研究概要

本年度は、前年度に構築した理論解析環境を用いてグラフェン中プラズモンの物性を明らかにするとともに、理論解析環境をさらに発展させた。具体的には、以下の研究を実施した。
1.格子ゲート構造におけるプラズモン不安定性の解明に向け、シミュレータを拡張させた。現在、結果の解析を進めている。
2.実際のグラフェンデバイス作製に広く用いられているシリコン高濃度ドープ基板上で、グラフェン中プラズモンの周波数分散および減衰レートの基板中表面プラズモンとの結合による影響を解析した。基板中表面プラズモンの共鳴周波数とグラフェン中プラズモンの周波数が近いとき、減衰レートが共鳴的に増大するものの、10の20乗平方cm程度と十分高く、かつ基板-グラフェン間、ゲート-グラフェン間の絶縁材料の誘電率および膜厚を適切に選定することにより、減衰レートの増大を著しく抑制できることを見い出した。
3.キャリア間散乱の数値モデルを構築し、キャリア間散乱積分評価コードの妥当性テスト・高速化を行なうとともに、前年度に構築したボルツマンシミュレータへの組み込みを行なった。これにより、プラズモンを用いたTHz波デバイスにおけるキャリア非平衡分布やキャリア間散乱による非線形性の影響を解析することが可能になる。
4.グラフェン中プラズモンの光子誘導放出を介した巨大増幅実現を目的とし、(1)グラフェンp-i-n構造における両側電流注入による定常的反転分布形成、(2)p-n周期構造におけるドリフト拡散による過渡的反転分布形成、(3)GaAs基板を光吸収層としグラフェンへ光生成キャリア拡散注入する構造における反転分布形成の時間応答、の解析を行なった。これにより、グラフェン中プラズモンを反転分布形成によって増幅し、THz波発振デバイスに応用するための知見を得た。

  • 研究成果

    (31件)

すべて 2014 2013

すべて 雑誌論文 (20件) (うち査読あり 17件) 学会発表 (11件) (うち招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Damping mechanism of terahertz plasmons in graphene on heavily-doped substrate2014

    • 著者名/発表者名
      A. Satou, Y. Koseki, V. Ryzhii, V. Vyurkov, and T. Otsuji
    • 雑誌名

      J. Appl. Phys

      巻: vol. 115, no. 10 ページ: 104501 1-7

    • DOI

      10.1063/1.4867971

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Transient stimulated emission from multi-split-gated graphene structure2014

    • 著者名/発表者名
      A. Satou, F. T. Vasko, T. Otsuji, and V. V. Mitin
    • 雑誌名

      J. Phys. D : Appl. Phys

      巻: vol. 47, no. 5 ページ: 055103 1-8

    • DOI

      10.1088/0022-3727/47/5/055103

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Plasma resonant terahertz photomixers based on double graphene layer structures2014

    • 著者名/発表者名
      M. Ryzhii, M. S. Shur, V. Mitin, A. Satou, V. Ryzhii, and T. Otsuji
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 486 ページ: 012032 1-4

    • DOI

      10.1088/1742-6596/486/1/012032

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Challenges to create graphene terahertz lasers2014

    • 著者名/発表者名
      T. Otsuji, A. Satou, M. Ryzhii, V. Popov, V. Mitin, and V. Ryzhii
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 486 ページ: 012007 1-3

    • DOI

      10.1088/1742-6596/486/1/012007

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Frequency dispersion and damping mechanisms of terahertz plasmons in graphene transistor structures2014

    • 著者名/発表者名
      A. Satou, V. Ryzhii, V. V. Mitin, F. T. Vasko, and T. Otsuji
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 486 ページ: 012029 1-3

    • DOI

      10.1088/1742-6596/486/1/012029

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Emission and detection of terahertz radiation using two dimensional plasmons in semiconductor nano-heterostructures for nondestructive evaluations2014

    • 著者名/発表者名
      T. Otsuji, T. Watanabe, S. A. Boubanga Tombet, A. Satou, V. Ryzhii, V. Popov, and W. Knap
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: 53 ページ: 055103 1-8

    • DOI

      10.1117/1.OE.53.3.031206

    • 査読あり
  • [雑誌論文] グラフェン中プラズモンのTHz波デバイスへの応用2014

    • 著者名/発表者名
      佐藤昭,尾辻泰一
    • 雑誌名

      日本画像学会誌総説

      巻: 53 ページ: 53-60

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Double injection in graphene p-i-n structures2013

    • 著者名/発表者名
      V. Ryzhii, I. Semenikhin, M. Ryzhii, D. Svinstov, V. Vyurkov, A. Satou, and T. Otsuji
    • 雑誌名

      J. Appl. Phys

      巻: vol. 113, no. 24 ページ: 244505 1-9

    • DOI

      10.1063/1.4812494

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Terahertz photomixing using plasma resonances in double-graphene layer structures2013

    • 著者名/発表者名
      V. Ryzhii, M. Ryzhii, V. Mitin, M. S. Shur, A. Satou, and T. Otsuji
    • 雑誌名

      J. Appl. Phys

      巻: vol. 113, no. 17 ページ: 174506 1-7

    • DOI

      10.1063/1.4804063

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dynamic effects in double graphene-layer structures with inter-layer resonant-tunnelling negative conductivity2013

    • 著者名/発表者名
      V. Ryzhii, A. Satou, T. Otsuji, M. Ryzhii, V. Mitin, and M. S. Shur
    • 雑誌名

      Journal of Physics D: Applied Physics

      巻: 46 ページ: 315107 1-6

    • DOI

      10.1088/0022-3727/46/31/315107

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Graphene surface emitting terahertz laser: diffusion pumping concept2013

    • 著者名/発表者名
      A. R. Davoyan, M. Yu. Morozov, A. Satou, V. V. Popov, and T. Otsuji
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 103 ページ: 251102 1-5

    • DOI

      +10.1063/1.4850522

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 二次元プラズモンの THz 波デバイス応用2013

    • 著者名/発表者名
      佐藤 昭,Victor Ryzhii,尾辻 泰一
    • 雑誌名

      応用電子物性分科会会誌

      巻: 19 ページ: 141-147

  • [雑誌論文] Terahertz Population Inversion in Optically Pumped Graphene: Dependence on Pumping Photon Energy2013

    • 著者名/発表者名
      Akira Satou, Yuuki Kurita, Victor Ryzhii and Taiichi Otsuji
    • 雑誌名

      The 2013 JSAP-MRS Joint Symposia: Symposium C

      巻: 1 ページ: 19p-M8-9

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Damping of Terahertz Plasmons in Graphene by Heavily-Doped Substrate2013

    • 著者名/発表者名
      Akira Satou, Yuki Koseki, Victor Ryzhii, and Taiichi Otsuji
    • 雑誌名

      Abstract Book of RPGR 2013

      巻: 1 ページ: 275-275

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Simulation of terahertz plasmons in graphene with grating-gate structures2013

    • 著者名/発表者名
      Akira Satou, Victor Ryzhii, Taiichi Otsuji, Fedir T. Vasko, and V. Mitin
    • 雑誌名

      Proceedings of SISPAD

      巻: 1 ページ: 260-263

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Frequency Dispersion and Damping Mechanisms of Terahertz Plasmons in Graphene Transistor Structures2013

    • 著者名/発表者名
      A. Satou, V. Ryzhii, V. V. Mitin, F. T. Vasko, and T. Otsuji
    • 雑誌名

      Abstracts of EDISON 2013

      巻: 1 ページ: 5-5

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Frequency Dispersion and Damping Mechanisms of Terahertz Plasmons in Graphene Transistor Structures2013

    • 著者名/発表者名
      A. Satou, V. Ryzhii, F. T. Vasko, V. V. Mitin, and T. Otsuji
    • 雑誌名

      Proceedings of the 2nd Russia-Japan-USA Symposium: The Fundamental & Applied Problems of Terahertz Devices & Technologies

      巻: 1 ページ: 46-46

    • 査読あり
  • [雑誌論文] グラフェンにおけるテラヘルツ二次元プラズモンのシミュレーションによる解析2013

    • 著者名/発表者名
      佐藤昭,Victor Ryzhii,Vladimir Mitin,Fedir Vasko,尾辻泰一
    • 雑誌名

      信学技報 EST2013

      巻: 113 ページ: 15-20

  • [雑誌論文] グラフェンを用いたTHz波素子応用2013

    • 著者名/発表者名
      佐藤 昭
    • 雑誌名

      平成25年度日本真空学会5月研究例会・日本表面学会第77回表面科学研究会 予稿集

      巻: 1 ページ: 20-25

  • [雑誌論文] Terahertz Population Inversion and Negative Dynamic Conductivity in Optically Pumped Graphene: Dependence on Pumping Photon Energy2013

    • 著者名/発表者名
      A. Satou, Y. Kurita, T. Otsuji, and V. Ryzhii
    • 雑誌名

      Extended Abstracts of OTST 2013

      巻: 1 ページ: 89-89

    • 査読あり
  • [学会発表] Terahertz population inversion in optically pumped graphene: dependence on pumping photon energy2013

    • 著者名/発表者名
      A. Satou
    • 学会等名
      The 2013 JSAP-MRS Joint Symposia: Symposium C
    • 発表場所
      Kyoto, Japan
    • 年月日
      20130916-20130920
  • [学会発表] Damping of terahertz plasmons in graphene by heavily-doped substrate2013

    • 著者名/発表者名
      A. Satou, Y. Koseki, V. Ryzhii, and T. Otsuji
    • 学会等名
      RPGR 2013
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      20130909-13
  • [学会発表] Simulation of terahertz plasmons in graphene with grating-gate structures2013

    • 著者名/発表者名
      A. Satou
    • 学会等名
      SISPAD 2013
    • 発表場所
      Glasgow, UK
    • 年月日
      20130903-20130905
  • [学会発表] Frequency dispersion and damping mechanisms of terahertz plasmons in graphene transistor structures2013

    • 著者名/発表者名
      A. Satou
    • 学会等名
      EDISON 18
    • 発表場所
      Matsue, Japan
    • 年月日
      20130722-20130726
  • [学会発表] Frequency dispersion and damping mechanisms of terahertz plasmons in graphene transistor structures2013

    • 著者名/発表者名
      A. Satou
    • 学会等名
      CLEO 2013
    • 発表場所
      San Jose, USA
    • 年月日
      20130609-20130614
  • [学会発表] Frequency dispersion and damping mechanisms of terahertz plasmons in graphene transistor structures2013

    • 著者名/発表者名
      A. Satou
    • 学会等名
      The 2nd Russia-Japan-USA Symposium: The Fundamental & Applied Problems of Terahertz Devices & Technologies
    • 発表場所
      Moscow, Russia
    • 年月日
      20130603-20130606
    • 招待講演
  • [学会発表] グラフェンにおけるテラヘルツ二次元プラズモンのシミュレーションによる解析2013

    • 著者名/発表者名
      佐藤昭
    • 学会等名
      気通信情報学会2013年エレクトロニクスシミュレーション研究会
    • 発表場所
      厚木
    • 年月日
      20130510-20130510
  • [学会発表] グラフェンを用いたテラヘルツ波素子応用2013

    • 著者名/発表者名
      佐藤昭
    • 学会等名
      日本真空学会2013年5月研究例会・日本表面科学会第77回表面科学研究会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      20130509-20130509
    • 招待講演
  • [学会発表] Graphene terahertz lasers: injection versus optical pumping2013

    • 著者名/発表者名
      A. Satou
    • 学会等名
      6th Global Symposium on Millimeter-Waves 2013
    • 発表場所
      Sendai, Japan
    • 年月日
      20130421-20130423
  • [学会発表] Terahertz population inversion and negative dynamic conductivity in optically pumped graphene: dependence on pumping photon energy2013

    • 著者名/発表者名
      A. Satou
    • 学会等名
      OTST 2013
    • 発表場所
      Kyoto, Japan
    • 年月日
      20130401-20130405
  • [学会発表] 二次元プラズモンのTHz波デバイス応用2013

    • 著者名/発表者名
      佐藤昭,V. Ryzhii,尾辻泰一
    • 学会等名
      応用電子物性分科会研究例会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2013-10-01
    • 招待講演

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公開日: 2015-05-28  

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