液体ヘリウム表面の2次元電子によるテラヘルツ電磁波の発振と検知

液氦表面二维电子太赫兹电磁波的振荡与探测

• 批准号: 14655133
• 负责人: 矢山 英樹
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-14655133/
• 关键词: 2次元電子; テラヘルツ; 低温; 液体ヘリウム; 電磁波; 表面電子; 発振; 検波; 2次元電子系; マイクロ波; ミリ波; 発振器; 検波器

本年度の研究目的は、液体ヘリウム表面の電子系が低周波の電場で駆動したときに励起状態になっているのかどうかを確認することと、もしそうであれば励起状態から基定状態に遷移する際に電磁波を放出するはずであるからそれを観測するというものである。そこでまず、励起状態になっているのかどうかの確認を、電気伝導の非線型性を調べることで行った。その結果、駆動電圧を大きくしていくと電気伝導度の変化が見出され、ホットエレクトロン状態になりエネルギーの高い励起状態になっている可能性が高いことが分かった。しかし、この原因の他に3次元状態への遷移やリプロンの生成などによる原因も考えられ、まだ確定的でないことは言えない状態である。一方、ボロメータによるテラヘルツ電磁波の観測は、電磁波のエネルギー密度が極めて低いため困難な状態である。たとえは、すべての2次元電子が励起状態から基定状態へ遷移するのに0.1秒かかったとすると、放射のパワーは1pWのオーダーとなる。この程度のパワーによるボロメータの温度上昇は、低周波の測定系から発生する電磁場によってボロメータが受ける温度上昇と同程度またはそれ以上であるため、ノイズに埋もれた微弱信号の観測技術が必要である。実用的な観点からは、電子の表面密度の最大値が流体力学的な不安定性から限られているので、10cm×10cm度の装置では100pW程度のパワーしか得られないという短所があることが分かった。また、この電子系をテラヘルツ電磁波のセンサーとして用いた場合には、液体ヘリウムを含んだキャピティーと導波管などの装置を1K以下の低温にしなければならないという不便さはあるが、量子力学的な検波が可能であるため焦電的な方法に比べてより感度の高い方法になることが明らかになった。

The purpose of this year's research is to confirm that the electron system on the surface of a liquid is excited by an electric field of a low frequency wave, and that electromagnetic waves are emitted when the excited state is excited, and that electromagnetic waves are emitted when the excited state is transferred to a fixed state. For example, the excitation state, the confirmation state, the non-linear modulation state of the electrical conduction state, and the transmission state. As a result, the voltage of the motor is high, and the change of the electrical conductivity is high. The reason for the change of the three-dimensional state is the cause of the change of the state. On the one hand, the electromagnetic wave density is extremely low and difficult to measure. The two-dimensional electron excitation state changes from the basic state to the transition state in 0.1 seconds, and the emission state changes from 1pW to 1pW. The temperature rise of the low frequency wave is necessary for the detection of the low frequency wave. The maximum value of the surface density of the electron in the application is the instability limit of the fluid dynamics. The device of 10cm×10cm is 100pW. In the case of electromagnetic waves, such as electronic systems, liquid systems, waveguides, devices, and devices, such as quantum mechanics, the possibility of electromagnetic waves, the method of focusing electricity, and the method of high sensitivity.

项目成果

Spin-polarization effect on electron attachment to atomic hydrogen on liquid belium surface

自旋极化效应对液态铯表面原子氢电子附着的影响

• 发表时间: 2005
• 期刊: Journal of Low Temperature Physics (In press)(accepted for publication)
• 作者: T.Arai;T.Mitsui;H.Yayama
• 通讯作者: H.Yayama