極微細素子を用いた一般化座標上のトンネル現象の研究

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本研究は、極微細な双安定素子に生じる回路座標上のトンネル現象に関するものである。従来、我々が観測してきたトンネル現象は、共鳴トンネルダイオードのように、実空間上の位置座標間のトンネルであった。しかし、量子力学はより抽象化した一般化座標と一般化運動量においても成り立つ。回路方程式上の変数(ノード電圧や端子電流)を一般化座標とした系を考えれば、この変数空間におけるトンネル現象も理論的には存在する。これに関し、我々は共鳴トンネル素子を直列接続することにより生じる双安定システムを取り上げ検討を行った。この検討においてはトンネル確率が素子の面積に依存することを見出し、特に0.1ミクロン以下の微小な素子においてトンネルの可能性が無視できなくなることが明らかになった。この検討を進める過程において、双安定状態をもつ回路を利用した新しいタイプの発振器となりうる回路構成を見出した。この発振器は、非常に小さな出力パワーしか得られないという共鳴トンネル発振器の問題点を克服できる可能性がある。この回路の特徴は直列接続した共鳴トンネル素子の接続点に共振器を設け、バイアスを直列接続回路の両端に加えることにある。このため、直流バイアス点と共振点が分離することができる。これにより、従来の共鳴トンネル発振器で問題となっていたバイアス不安定性による制限を克服でき、大きな出力パワーが得られることをシミュレーションにより示した。本提案は、現在多くの興味を集めているサブテラヘルツからテラヘルツ帯における信号源を可能とする点において非常に重要と考えられる。