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

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23760300
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 電子デバイス・電子機器
• 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)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2013
• キーワード: グラフェン / プラズモン / テラヘルツ波

研究概要

本研究では、グラフェン内プラズモンのTHz波発振・検出素子応用に向けた基礎理論の確立を目的とした。THz波とグラフェン内プラズモンの結合原理および直流電流注入によるプラズモン不安定性原理の解明を目指し、グラフェン固有の非線形キャリア輸送を取り入れたボルツマン方程式に基づくシミュレータを開発した。また、電子散乱、コンタクト、高ドープ基板がグラフェン内プラズモンに及ぼす影響を明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Damping mechanism of terahertz plasmons in graphene on heavily-doped substrate (2014)
  • 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] 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: vol. 53 ページ: 53-60
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transient stimulated emission from multi-split-gated graphene structure (2014)
  • 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] Graphene surface emitting terahertz laser : diffusion pumping concept (2013)
  • 著者名/発表者名: A. R. Davoyan, M. Yu. Morozov, A. Satou, V. V. Popov, and T. Otsuji
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett 巻: vol. 103, no. 25 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: vol. 19 ページ: 141-147
• [雑誌論文] Double injection in graphene p-i-n structures (2013)
  • 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 structures (2013)
  • 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] 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: 進学技報EST2013 巻: vol. 113 ページ: 15-20
• [雑誌論文] Threshold of terahertz population inversion and negative dynamic conductivity in graphene under pulse photoexcitation (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Satou, V. Ryzhii, Y. Kurita, and T. Otsuji
  • 雑誌名: J. Appl. Phys 巻: vol. 113, no. 14 ページ: 143108 1-7
  • DOI: 10.1063/1.4801916
  • 査読あり
• [雑誌論文] Numerical simulation of terahertz plasmons in gated graphene structures (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Satou, V. Ryzhii, F. T. Vasko, V. V. Mitin, and T. Otsuji
  • 雑誌名: Proc. SPIE 巻: vol. 8624 ページ: 862412 1-8
  • DOI: 10.1117/12.2003611
• [雑誌論文] Terahertz-wave generation using graphene -toward new types of terahertz lasers (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Otsuji, S. Boubanga Tombet, A. Satou, M. Ryzhii, and V. Ryzhii
  • 雑誌名: IEEE J. Selected Topics in Quantum Electron 巻: vol. 19, no. 1 ページ: 8400209 1-9
  • DOI: 10.1109/JSTQE.2012.2208734
  • 査読あり
• [雑誌論文] Emission and detection of terahertz radiation using two-dimensional electrons in III-V semiconductors and graphene (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Otsuji, T. Watanabe, S. Boubanga Tombet, A. Satou, W. Knap, V. Popov, M. Ryzhii, and V. Ryzhii
  • 雑誌名: IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol 巻: vol. 3, no. 1 ページ: 63-72
  • DOI: 10.1109/TTHZ.2012.2235911
  • 査読あり
• [雑誌論文] Graphene materials and devices in terahertz science and technology (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Otsuji, S. A. Boubanga Tombet, A. Satou, H. Fukidome, M. Suemitsu, E. Sano, V. Popov, M. Ryzhii, and V. Ryzhii
  • 雑誌名: MRS Bulletin 巻: vol. 37, no. 12 ページ: 1235-1243
  • DOI: 10.1557/mrs.2012.241
  • 査読あり
• [雑誌論文] 光パルス励起によるグラフェン内テラヘルツ反転分布形成 (2012)
  • 著者名/発表者名: 佐藤昭
  • 雑誌名: 信学技報ED2012 巻: vol. 112 ページ: 1-4
• [雑誌論文] 二重格子ゲートHEMT内二次元電子ガスにおけるプラズマ不安定性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 佐藤昭
  • 雑誌名: 信学技報R2012 巻: vol. 112 ページ: 1-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Graphene-based devices in terahertz science and technology (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Otsuji, S. A. Boubanga Tombet, A. Satou, H. Fukidome, M. Suemitsu, E. Sano, V. Popov, M. Ryzhii, and V. Ryzhii
  • 雑誌名: J. Phys. D : Applied Physics 巻: vol. 45, no. 30 ページ: 303001-1-10
  • DOI: 10.1088/0022-3727/45/30/303001
  • 査読あり
• [学会発表] Terahertz population inversion in optically pumped graphene : dependence on pumping photon energy (2013)
  • 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: 京都
  • 年月日: 20130916-20
• [学会発表] Damping of terahertz plasmons in graphene by heavily-doped substrate (2013)
  • 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 structures (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Satou, V. Ryzhii, F. T. Vasko, V. V. Mitin, and T. Otsuji
  • 学会等名: SISPAD 2013
  • 発表場所: イギリス・グラスゴー
  • 年月日: 20130903-05
• [学会発表] Frequency dispersion and damping mechanisms of terahertz plasmons in graphene transistor structures (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Satou
  • 学会等名: EDISON 18
  • 発表場所: 松江
  • 年月日: 20130722-26
• [学会発表] Frequency dispersion and damping mechanisms of terahertz plasmons in graphene transistor structures (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Satou, V. Ryzhii, F. T. Vasko, V. V. Mitin, and T. Otsuji
  • 学会等名: CLEO 2013
  • 発表場所: アメリカ・サンノゼ
  • 年月日: 20130609-14
• [学会発表] Frequency dispersion and damping mechanisms of terahertz plasmons in graphene transistor structures (2013)
  • 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: ロシア・モスクワ
  • 年月日: 20130603-06
• [学会発表] Graphene terahertz lasers : injection versus optical pumping (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Satou
  • 学会等名: 6th GSMM
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 20130421-23
• [学会発表] Terahertz population inversion and negative dynamic conductivity in optically pumped graphene : dependence on pumping photon energy (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Satou
  • 学会等名: OTST 2013
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 20130401-05
• [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周波数分散および減衰機構 (2013)
  • 著者名/発表者名: 佐藤昭,ヴィクトールリズィー,ウラジミールミチン,フェデールバスコ,尾辻泰一
  • 学会等名: 第60回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 厚木
  • 年月日: 20130327-30
• [学会発表] Numerical simulation of terahertz plasmons in gated graphene structures (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Satou
  • 学会等名: Photonics West 2013
  • 発表場所: アメリカ・サンフランシスコ
  • 年月日: 20130202-07
• [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
• [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,V. Ryzhii, V. V. Mitin, F. T. Vasko,尾辻泰一
  • 学会等名: 電気通信情報学会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: 東京
  • 年月日: 2013-05-10
• [学会発表] グラフェンを用いたテラヘルツ素子応用 (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・日本表面学会第77回表面科学研究会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2013-05-09
  • 招待講演
• [学会発表] 光パルス励起によるグラフェン内テラヘルツ反転分布形成 (2012)
  • 著者名/発表者名: 佐藤昭,ヴィクトールリズィー,栗田裕記,尾辻泰一
  • 学会等名: 信学会電子デバイス研究会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 20121217-18
• [学会発表] Numerical study of plasmons in gated graphene structures (2012)
  • 著者名/発表者名: A. Satou
  • 学会等名: 3rd International Symposium on Terahertz Nanoscience
  • 発表場所: アメリカ・ホノルル
  • 年月日: 20121210-12
• [学会発表] Theoretical study of THz plasma instability in asymmetric double-grating-gate transistor structures (2012)
  • 著者名/発表者名: A. Satou
  • 学会等名: ICMNE 2012
  • 発表場所: ロシア・モスクワ
  • 年月日: 20121001-05
• [学会発表] 二重格子ゲートHEMT内二次元電子ガスにおけるプラズマ不安定性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 佐藤昭,志田広海, Viacheslav V. Popov,尾辻泰一
  • 学会等名: 信学会レーザー量子エレクトロニクス研究会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 20120823-24
• [学会発表] Simulation of THz graphene and heterostructure 2D electron gas (2012)
  • 著者名/発表者名: A. Satou
  • 学会等名: 2nd International Symposium on Terahertz Nanoscience
  • 発表場所: 沖縄
  • 年月日: 20120702-04
• [学会発表] Plasma instability of two-dimensional electron gas in double-grating-gate transistor structure (2012)
  • 著者名/発表者名: A. Satou, H. Shida, T. Otsuji, and V. V. Popov
  • 学会等名: 15th IWCE
  • 発表場所: アメリカ・ウィスコンシン
  • 年月日: 20120522-25
• [学会発表] Terahertz negative dynamic conductivity in optically pumped graphene (2012)
  • 著者名/発表者名: A. Satou
  • 学会等名: 31th PIERS
  • 発表場所: マレーシア・クアラルンプール
  • 年月日: 20120327-30
  • 招待講演
• [学会発表] 二重格子ゲートトランジスタ構造における二次元プラズマ不安定性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 佐藤昭,志田広海,Viacheslav V. Popov
  • 学会等名: 第59回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2012-03-15
• [学会発表] Population inversion in optically pumped graphene : effect of carrier-carrier scattering (2011)
  • 著者名/発表者名: A. Satou, T. Otsuji, V. Ryzhii, and F. T. Vasko
  • 学会等名: 1st International Symposium on Terahertz Nanoscience
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 20111124-29
• [学会発表] The effect of carrier- carrier scattering on population inversion in optically pumped graphene (2011)
  • 著者名/発表者名: A. Satou, T. Otsuji, V. Ryzhii, and F. T. Vasko
  • 学会等名: 19th EP2DS
  • 発表場所: アメリカ・タラハシー
  • 年月日: 20110725-28
• [図書] グラフェンの最先端技術と広がる応用 (2012)
  • 著者名/発表者名: 尾辻泰一, 他
  • 総ページ数: 223-232
  • 出版者: フロンティア出版
• [図書] グラフェンが拓く材料の新領域―物性・作製法から実用化まで― (2012)
  • 著者名/発表者名: 榎敏明, 他
  • 総ページ数: 178-184
  • 出版者: NTS社
• [備考] 宮城産業科学振興基金 研究奨励賞受賞 2013年5月
• [備考] 1st International Symposium on Terahertz Nanoscience Young Researcher Award受賞 2011年11月