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Development of fundamental technologies for practical superconducting terahertz oscillation devices

实用超导太赫兹振荡器件基础技术开发

基本信息

批准号：
21K04189
负责人：
中島健介
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Yamagata University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、Ｂｉ２２１２高温超伝導体の超伝導臨界温度以下で動作する固有ジョセフソン接合（Intrinsic Josephson Junction:ＩＪＪ）テラヘルツ波発振デバイスを実用化する上で接合を最適な動作温度に制御する必要性から発振動作時のＩＪＪの実温度とＩＪＪから熱浴への放熱性をＩＪＪの電圧－電流特性から評価する手法を提案した。これまでの研究から、Ｂｉ２２１２‐ＩＪＪから持続したテラヘルツ波を発振させるためには、接合電圧を所望テラヘルツ波の周波数に対応する値に安定に保つ必要がある一方で、接合の電圧－電流特性を人為的に制御することの難しいＢｉ２２１２‐ＩＪＪでは、発振周波数に適した電圧－電流特性を得るための最適な接合温度が存在することが明らかになってきた。また、バルクメサ型ＩＪＪと本研究で提案している薄膜段差型／薄膜メサ型ＩＪＪの接合温度と放熱特性とを比較検討した結果、薄膜型の両者には大きな放熱性の違いは見られず、令和４年度に着手したＢｉ２２１２‐ＩＪＪテラヘルツ発振デバイスの一次元熱伝導はモデルを用いた熱伝導解析によっても，放熱性を妨げている要因がデバイスの基材となる材料（基板）とＢｉ－２２１２の間の接着層にあることを明らかにした。このことはメサ型であっても接着層の改善やそもそも接着層の無い薄膜メサ型によるＢｉ２２１２‐ＩＪＪテラヘルツ波発振デバイスが実現可能であることを示唆している。さらに熱解析によって、接着層を持たない薄膜型デバイスの優位性だけでなく、Ｂｉ－２２１２単結晶片を基材に接着する必要のあるバルクメサ型ＩＪＪであっても接着層の熱伝導性を改善することで液体窒素温度でのテラヘルツ発振動作の可能性を示した。

In this study, we propose a method for evaluating the Intrinsic Josephson Junction (IJJ) of Bi2212 high-temperature superconducting conductor operating below the critical temperature of the superconducting conductor and the necessity for controlling the optimum operating temperature of the IJJ junction. Bi2212-IJJ is a new type of high voltage joint, which is widely used in the research of high voltage joint. It is difficult to control the high voltage and current characteristics of the joint. The optimum voltage and current characteristics of the vibration cycle are obtained and the optimum junction temperature is obtained. This study proposes that the bonding temperature and heat release characteristics of thin film type IJJ be compared with those of thin film type IJJ, and that the heat release characteristics of thin film type IJJ be compared with those of thin film type IJJ. Exothermic properties are mainly due to the presence of Bi-2212 in the substrate. This is the first time that the film has been used in the film industry, and the film industry has been used in the film industry. In addition, the thermal conductivity of the adhesive layer is improved, and the possibility of vibration generation at the temperature of the liquid crystal is demonstrated.