グラフェンのテラヘルツ物性開拓とデバイス応用展開

石墨烯太赫兹物理特性研究及器件应用开发

• 批准号: 22684014
• 负责人: 河野 行雄
• 金额: $ 16.39万
• 依托单位: The Institute of Physical and Chemical Research
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2010 至 2011
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22684014/
• 关键词: テラヘルツ電磁波; グラフェン

本研究は、特異な電子状態・物性から近年急速に注目が高まっているグラフェン(グラファイトの単原子層)のテラヘルツ(THz,10^<12>Hz)電磁波応答の研究とTHzデバイスへの応用を目的とする。本研究の背景には以下の2点がある。(1)THzテクノロジーが、電波天文学・固体物理学・生体分子分光学などの基礎学術分野からセキュリティ・情報通信・医療などの実用分野に至る幅広い分野での応用が期待されているものの、この周波数帯域は光と電波の間に挟まれており、他帯域に比べ発展が立ち後れている。(2)グラフェンは線形なエネルギー対運動量の分散関係を示すことから、キャリアが質量ゼロのディラックフェルミオンと見なすことができる。そのため通常の電子系とは異なる特異な物性を発現することから、新しい電子・光デバイスへの応用が期待されている。本研究では、THz領域におけるディラックフェルミオンの振る舞いを探求し、グラフェンの新しいTHz素子を創出する。今年度は、THz電磁波照射下でのグラフェンの電気伝導を調べた。実験結果から、1.6THz～33THzの相当な広帯域におけるTHz応答を観測した。これは、通常の半導体とは著しく異なるランダウ準位形成下での、ディラックフェルミオンのTHz共鳴吸収(ランダウ準位間遷移)による光伝導現象に基づく。今回の実験は、遠赤外～中赤外の広帯域で周波数を選択しながら検出可能であること(チューナブル検出)を実証している。この優れた特性は従来の光伝導型半導体検出器では得られなかった、グラフェン特有のものである。

This study aims to investigate the application of THz electromagnetic wave in the study of specific electronic states and <12>physical properties, which have attracted rapid attention in recent years. The background of this study is as follows: (1)THz spectrum, radio astronomy, solid state physics, biological molecular spectroscopy, basic academic division, information communication, medical application division, amplitude division, application division, expectation division, frequency band, optical wave band, other band, development division. (2)The dispersion relationship between the linear shape and the amount of exercise is shown in the table below. In general, the electronic system is different from the special physical properties, and the new electronic and optical properties are expected to be used. In this study, we explored the possibility of creating new THz elements in the THz domain. This year, THz electromagnetic wave irradiation under the radiation of the electric conduction modulation. The results show that the THz response in the range of 1.6 THz ~33THz is very high. In contrast, in general semiconductor, the optical conduction phenomenon is based on THz resonance absorption (shift between levels) under the formation of different levels. The number of cycles in the frequency band of the current return is selected from the range of the far red to the middle red. The characteristics of this kind of semiconductor detector are different from those of other semiconductor detectors.

项目成果

ナノデバイス工学分野におけるテラヘルツイメージングの研究

太赫兹成像在纳米器件工程领域的研究

• 发表时间: 2010
• 作者: J. Shimoda;T. Inoue;Y. Ohira;R. Yamazaki;A. Bamba;J. Vink;河野行雄
• 通讯作者: 河野行雄

半導体・ナノカーボンデバイスを用いた高感度・高分解能テラヘルツイメージング

使用半导体/纳米碳器件的高灵敏度、高分辨率太赫兹成像

• 发表时间: 2010
• 作者: R. Shimano;T. Ogawa;and S. Watanabe;浅岡正幸;Takao Yamazaki;河野行雄
• 通讯作者: 河野行雄

A Wide-Band Frequency-Tunable Terahertz Detector Using a Graphene Device

使用石墨烯器件的宽带频率可调谐太赫兹探测器

• 发表时间: 2011
• 作者: Suzuki;T. K.;竹内規彦;河野行雄
• 通讯作者: 河野行雄

高機能テラヘルツ電磁波計測の開拓とメゾ・ナノ系量子伝導研究への応用

高性能太赫兹电磁波测量的发展及其在介纳米量子传导研究中的应用

• 发表时间: 2010
• 作者: 河野行雄

Terahertz-wave sensing and imaging based on nanostructured electronic devices

基于纳米结构电子器件的太赫兹波传感与成像

• 发表时间: 2010
• 作者: 渡邉紳一;島野亮;河野行雄
• 通讯作者: 河野行雄