高温超電導テラヘルツ波発振素子の高精密物性研究応用

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 24654097
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 物性Ⅱ
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 南 英俊 筑波大学, 数理物質系, 講師 (00190702)
• 研究分担者: 門脇 和男 筑波大学, 数理物質系, 教授 (00272170)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: テラヘルツ / 高温超伝導 / ジョセフソン効果 / 光吸収係数

研究概要

高温超伝導テラヘルツ波発振素子を用いてパラメータフリーなテラヘルツ帯光吸収係数計測系を構成し、0.5THz付近のサブテラヘルツ帯での水の光吸収係数を１％以下の誤差で高精度に計測することを可能にした。試料の温度を５℃～７０℃の範囲で制御できるようにし、Na2CO3水溶液を対象とし研究を行った。また、高温超伝導テラヘルツ波発振素子を液体窒素冷却で発振させることに成功し、購入したショットキーバリアダイオード検出器を使い、液体ヘリウムフリーな計測系を構築した。

研究成果

• [雑誌論文] Spectral investigation of hot spot and cavity resonance effects on the terahertz radiation from high-Tc superconductingBi_2Sr_2CaCu_2O_<8+δ> mesas (2014)
  • 著者名/発表者名: C. Watanabe, H. Minami, T. Yamamoto, T.Kashiwagi, R. A. Klemm, K. Kadowaki
  • 雑誌名: J. Phys. : Condens.Matter 巻: 26 ページ: 172-201
  • DOI: 10.1088/0953-8984/26/17/172201
  • 査読あり
• [雑誌論文] Computed tomography image using sub-terahertz waves generated from a high-Tc superconducting intrinsic Josephson junction oscillator (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Kashiwagi, H. Minami, K.Kadowaki
  • 雑誌名: Appl. Phys.Lett 巻: 104 ページ: 082603 (4pp)
  • DOI: 10.1063/1.4866898.17人
  • 査読あり
• [雑誌論文] Local SiCphotoluminescence evidence of hot spot formation and sub-THz coherent emission from a rectangular Bi_2Sr_2CaCu_2O_<8+δ> mesa (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Minami, K. Kadowaki
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 89 ページ: 054503(9pp)
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.89.054503.8人
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reflection type of terahertz imaging system using a high-Tcsuperconducting oscillator (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Kashiwagi, H. Minami
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett 巻: 104 ページ: 022601 (5pp)
  • DOI: 10.1063/1.4861602.16人
  • 査読あり
• [雑誌論文] Continuous 30 μWterahertz source by a high-Tc superconductor mesa structure (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Sekimoto, C. Watanabe, H. Minami(3rd), K. Kadowaki
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett 巻: 103 ページ: 182601 (5pp)
  • DOI: 10.1063/1.4827094.7人
  • 査読あり
• [雑誌論文] Powerful terahertzemission from Bi_2Sr_2CaCu_2O_<8+δ> mesa arrays (2013)
  • 著者名/発表者名: T. M. Benseman, H. Minami
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett 巻: 103 ページ: 022602 (4pp)
  • DOI: 10.1063/1.4813536.8人
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tunable terahertz emissionfrom the intrinsic Josephson junctions inacute isosceles triangular Bi_2Sr_2CaCu_2O_<8+δ>mesas (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Delfanazari, H. Minami, K.Kadowaki
  • 雑誌名: OPTICS EXPRESS 巻: 21 ページ: 2171-2184
  • DOI: 10.1364/OE.21.002171.15人
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct imaging of hotspots in Bi_2Sr_2CaCu_2O_<8+δ> mesa terahertzsources (2013)
  • 著者名/発表者名: T. M. Benseman, K. Kadowaki, H.Minami
  • 雑誌名: J. Appl. Phys 巻: 113 ページ: 133902 (5pp)
  • DOI: 10.1063/1.4795591.8人
  • 査読あり
• [雑誌論文] Terahertz imaging system using high-Tc superconducting oscillation devices (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Tsujimoto, H. Minami, K. Kadowaki
  • 雑誌名: J.Appl. Phys 巻: 111 ページ: 123111(4pp)
  • DOI: 10.1063/1.4729799.10人
  • 査読あり
• [雑誌論文] Coupling to External Structures : Boundary Conditions for the Bi2212-based Superconducting THz Emitter (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Minami, K. Kadowaki
  • 雑誌名: J. Physics : Conference Series 巻: 400 ページ: 022072 (4pp)
  • DOI: 10.1088/1742-6596/400/2/022072
  • 査読あり
• [学会発表] 固有ジョセフソン接合系Bi2212 単結晶を用いた発振素子の高出力化とその応用 (2014)
  • 著者名/発表者名: 柏木隆成, 南英俊, 門脇和男
  • 学会等名: 日本物理学会第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学湘南キャンパス
  • 年月日: 20140327-30
• [学会発表] 固有ジョセフソン接合系Bi2212 単結晶メサ構造の磁場下におけるTHz 波発振特性V (2014)
  • 著者名/発表者名: 北村健郎, 南英俊, 門脇和男
  • 学会等名: 日本物理学会第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学湘南キャンパス
  • 年月日: 20140327-30
• [学会発表] 高温超伝導体THz 波発振デバイスに生じるHot-spot の操作と観察 (2014)
  • 著者名/発表者名: 渡辺千春, 南英俊, 門脇和男
  • 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キャンパス
  • 年月日: 20140317-20
• [学会発表] 固有ジョセフソン接合発振素子を用いた反射型THz イメージング及びTHz-CT 装置の開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 中出蔵馬, 南英俊, 門脇和男
  • 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キャンパス
  • 年月日: 20140317-20
• [学会発表] 高温超伝導体テラヘルツ波発振デバイスの高温動作 (2014)
  • 著者名/発表者名: 南英俊, 門脇和男
  • 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キャンパス
  • 年月日: 20140317-20
• [学会発表] A terahertz imaging system using high Tcsuperconducting oscillators fabricated from the Bi2212 single crystals (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Kashiwagi, H. Minami,K. Kadowaki
  • 学会等名: American Physical Society March Meeting 2014
  • 発表場所: Colorado Convention Center,Denver, USA
  • 年月日: 20140303-07
• [学会発表] 固有ジョセフソン接合系Bi2212 単結晶を用いた発振素子の制御と複数動作の試みII (2013)
  • 著者名/発表者名: 柏木隆成, 南英俊, 門脇和男
  • 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: 20130925-28
• [学会発表] 高温超伝導テラヘルツ波発振素子からの30 μW級発振 (2013)
  • 著者名/発表者名: 関本俊佑, 南英俊, 門脇和男
  • 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(京都)
  • 年月日: 20130916-20
• [学会発表] 高温超伝導THz 波発振デバイスに生じるHot-spot の位置制御 (2013)
  • 著者名/発表者名: 渡辺千春, 南英俊, 門脇和男
  • 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(京都)
  • 年月日: 20130916-20
• [学会発表] 高温超伝導THz 波発振素子による液体試料の精密光吸収係数測定 (2013)
  • 著者名/発表者名: 中出蔵馬, 南英俊, 門脇和男
  • 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(京都)
  • 年月日: 20130916-20
• [学会発表] メサ型テラヘルツデバイスにおける不均一温度分布の影響 (2013)
  • 著者名/発表者名: 南英俊, 門脇和男
  • 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
  • 年月日: 20130326-29
• [学会発表] 高温超伝導テラヘルツ波発振素子の新規構造による高出力化への試み (2013)
  • 著者名/発表者名: 関本俊佑, 南英俊, 門脇和男
  • 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
  • 年月日: 20130326-29
• [学会発表] Simultaneous observation of temperature distribution and THz emitting spectra of Bi2212 THz devices (2013)
  • 著者名/発表者名: C. Watanabe, H. Minami, K. Kadowaki
  • 学会等名: American Physical Society March Meeting 2013
  • 発表場所: Baltimore, USA
  • 年月日: 20130318-22
• [学会発表] Tunable THz radiation from intrinsicJosephson junctions in Bi_2Sr_2CaCu_2O_<8+δ> in a localized phase rotating mode (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Tsujimoto, H. Minami, K. Kadowaki
  • 学会等名: American Physical Society March Meeting 2013
  • 発表場所: Baltimore, USA
  • 年月日: 20130318-22
• [学会発表] Direct imaging of hot spots in Bi_2Sr_2CaCu_2O_<8+δ> mesa terahertz sources (2013)
  • 著者名/発表者名: T. M. Benseman, K. Kadowaki, H.Minami
  • 学会等名: American Physical Society March Meeting 2013
  • 発表場所: Baltimore, USA
  • 年月日: 20130318-22
• [学会発表] Synchronized operation and heating effect of series-connected superconducting THz emitting devices (2012)
  • 著者名/発表者名: C. Watanabe, H. Minami,K. Kadowaki
  • 学会等名: International Symposium on Frontiers in THz Technology (FTT 2012)
  • 発表場所: Nara, Japan
  • 年月日: 20121127-29
• [学会発表] A superconducting THz emitter with amodified mesa structure for high power generation (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Sekimoto, H. Minami, K. Kadowaki
  • 学会等名: International Symposium on Frontiers in THz Technology (FTT 2012)
  • 発表場所: Nara, Japan
  • 年月日: 20121127-29
• [学会発表] Bi2212メサ型テラヘルツデバイスにおける温度分布 (2012)
  • 著者名/発表者名: 渡辺千春, 南英俊, 門脇和男
  • 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: 20120918-21
• [学会発表] Bi2212 固有ジョセフソン接合系におけるTHz 発振の広帯域可変周波数特性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 辻本学, 南英俊, 門脇和男
  • 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: 20120918-21
• [学会発表] メサ型テラヘルツ発振デバイスにおける温度分布の顕微観察 (2012)
  • 著者名/発表者名: 南英俊, 門脇和男
  • 学会等名: 第73回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学
  • 年月日: 20120911-14
• [学会発表] 高温超伝導体テラヘルツ波発振素子のアレイ化 (2012)
  • 著者名/発表者名: 渡辺千春, 南英俊, 門脇和男
  • 学会等名: 第73回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学
  • 年月日: 20120911-14
• [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発明者 (2014)
  • 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
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 第5445894号
  • 取得年月日: 2014-01-10
• [産業財産権] 試料透過光検出方法および試料透過光検出装置発明者 (2013)
  • 発明者名: 南英俊, 辻本学, 門脇和男
  • 権利者名: 国立大学法人 筑波大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2013-029429
  • 出願年月日: 2013-02-18
• [産業財産権] 高次調波を利用するテラヘルツ帯域電磁波発振装置発明者 (2013)
  • 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
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 第5229876号
  • 取得年月日: 2013-03-29
• [産業財産権] テラヘルツ帯電磁波発振装置及びその製造方法発明者 (2013)
  • 発明者名: 門脇和男, 掛谷一弘, 南英俊
  • 権利者名: 国立大学法人 筑波大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 第5229859号
  • 取得年月日: 2013-03-29