高温超伝導体における光ミキシング効果とジョセフソンプラズマ励起

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14655129
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 中島 健介 東北大学, 電気通信研究所, 助教授 (70198084)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 水柿 義直 電気通信大学, 電気通信学部, 助教授 (30280887) ; 陳 健 東北大学, 電気通信研究所, 助教授 (90241588)
• Keywords: 高温超伝導体 / ジョセフソン・プラズマ / 固有ジョセフソン効果 / 光ミキシング

Research Abstract

酸化物高温超伝導体は、超伝導性を有する結晶面(CuO_2面)が積層した構造を持っているため、超伝導特性には異方性が現れる。CuO_2面に垂直な方向の超伝導電流輸送特性はCuO_2面間のジョセフソン弱接合によって支配されており、そのため、結晶自体を互いに極めて密に結合した多層ジョセフソン接合系と考えることが出来る。本研究では、フォノンやボルテクス格子を介して強結合多層ジョセフソン接合系におけるジョセフソン・プラズマを電磁波(光)によって励起することによって、ジョセフソン接合の強い非線形を利用した光ミキシングの実現を目指している。今年度は、固有ジョセフソン効果の顕著なBi_2Sr_2CaCu_2O_8高温超伝導体の単結晶を微細加工して固有ジョセフソン接合を作製し、接合のボルテクス流特性と、強い外部磁場によって導入された高密度ボルテクス格子の運動に与える高周波電磁場の影響について調査・検討した。その結果、固有ジョセフソン接合に1テスラの外部磁場と約100GHzの高周波を同時に印加したとき、直流電流だけを印加したときに比べてボルテクスの運動が大幅にダンピングされることを見出した。これは、固有ジョセフソン系におけるボルテクスと高周波電磁場の強い相互作用によるものと考えられ、ボルテクス格子の運動を介したジョセフソン・プラズマ励起の可能性を強く示唆している。
この結果をもとに、現在、僅かに波長の異なる1.5μm帯のレーザー光を固有ジョセフソン接合に照射し、光ミキシング効果の発現を実証する実験を進めている。

Research Products

• [Publications] 中島健介: "パルス管冷凍機と可変磁場永久磁石によるBi-2212固有ジョセフソン接合の磁束のフロー特性"低温工学. 38. 31-35 (2003)
• [Publications] K.Nakajima: "Ion Implantation Effects on Tunneling Properties of Bi_2Sr_2CaCu_2O_<8+y> Intrinsic Josephson Junctions"IEEE Trans. Appl. Supercond.. Vol.13(印刷中). (2003)
• [Publications] K.Inomata: "Junction parameter control of Bi_2Sr_2CaCu_2O_<8+δ> stacked junctions by annealing"Appl Phys Lett. Vol.82. 769-771 (2003)
• [Publications] T.Kawae: "Influence of Charging Energy on Cooper Pair Tunneling in Bi-2212 Small Intrinsic Josephson Junctions"IEEE Trans. Appl. Supercond.. Vol.13(印刷中). (2003)
• [Publications] Y.Mizugaki: "Zero-Crossing Shapiro Step in a Three-Junction SQUID Magnetically Coupled with Two Phase-Shifted RF Signals"IEEE Trans. Appl. Supercond.. Vol.13(印刷中). (2003)
• [Publications] J.Chen: "Wideband Frequency Metrology using High Temperature Superconducting Josephson Junctions"IEEE Trans. Appl. Supercond.. Vol.13(印刷中). (2003)