高温超伝導体の固有ジョセフソン接合から得られるＴＨｚ波の発振機構の解明と出力向上

阐明高温超导体本征约瑟夫森结获得的太赫兹波振荡机制并提高输出

• 批准号: 14J03097
• 负责人: 渡邉 千春
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: University of Tsukuba
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J03097/
• 关键词: 高温超伝導体; THz波; Photo-Luminescence発光; Hot spot; Bi2212; パッチアンテナ; Josephson effect; Superconductor; hot spot; 熱分布測定; フォトルミネッセンス発光; SiC; ジョセフソン接合; ジョセフソン効果

代表者はこれまで高温超伝導体BSCCO結晶の固有ジョセフソン接合を利用したTHz波発振素子の詳細な温度分布測定をSiCのPhoto-Luminescence発光強度の温度依存性を利用して行ってきた。しかし、この方法では空間分解能が微結晶の粒径により制限され、数 μm程度が限界であった。そこでPL発光を生じるZnO薄膜を利用することによって、より高分解能な素子温度分布観測を試みた。具体的な薄膜育成方法は、ZnO薄膜をPLD(Pulse Laser Deposition)装置を利用してサファイア基盤表面に成長させる。結果、極めて高空間分解能かつ温度に敏感なPL発光を生じるZnO薄膜の育成に成功し、最適な成膜条件の同定した。さらに本年度は、新たな試みとしてディスク型素子の中央に穴を空けた環状リング素子を作成しその発振特性観測を試みた。アンテナ工学の分野ではこの構造のパッチアンテナ特性について少なからぬ注目が寄せられ、様々な研究がなされてきた。その特徴を例として挙げれば、同一の共鳴周波数を最低次のモードで得るためにはディスク型のものと比較して面積が小さくて済むため、密集型のアレイ構造に利用可能である。さらにモード分離は外形と内径の比に依存するため、これを操作することにより共鳴周波数の同調が可能となる。しかしながら環状リング構造を用いた高温超伝導体THz波発振素子についての理論研究はあるものの実験的な試みはなされていない。そこで実際に素子を作成することでその特性を精査した。作成方法はこれまでのメタルマスクを用いた素子作製方法では困難なため、フォトリソグラフィー・パターニング装置を利用した。これにより電流・電圧特性および素子構造の高い再現性を有する素子の作製プロセスを確立することができた。

The representative of this paper is to utilize the inherent temperature distribution of THz wave emitter and the temperature dependence of SiC Photo-Luminescence emission intensity. This method is based on the spatial decomposition of microcrystals, and the particle size is limited to several microns. The temperature distribution of ZnO thin films with high decomposition energy was measured. The specific thin film growth method is to grow ZnO thin films on the substrate surface using PLD(Pulse Laser Deposition) devices. As a result, ZnO thin films with extremely high spatial decomposition energy, temperature-sensitive PL emission and uniform film formation conditions were successfully prepared. This year, we will try to measure the vibration characteristics of the ring element in the center of the ring element. In the field of engineering, the structure and characteristics of the system are studied. For example, the resonance frequency of the same type is the lowest order, and the area of the resonance frequency of the same type is small and the utilization of the resonance frequency of the same type is possible. For example, the ratio of the shape and the diameter of the resonance is dependent on the resonance frequency. A theoretical study on the application of ring structure to high temperature superconducting THz wave transmitter A detailed investigation of the characteristics of the system is carried out. The manufacturing method is to make use of the elements in the manufacturing method, and to make use of the equipment. The current and voltage characteristics and the high reproducibility of the element structure are established.

项目成果

高温超伝導THz波発振デバイスに生じる 静電ポテンシャル分布の観測

高温超导太赫兹波振荡装置中产生静电势分布的观测

• 发表时间: 2014
• 作者: Chiharu Watanabe;H. Minami;T. Kitamura;Y. Saiwai;Y. Shibano;H. Kubo;K. Sakamoto;T. Katsuragawa;T. Tanaka, T. Yuasa;Y. Komori;T. Kashiwagi;R. A. Klemm;K. Kadowaki;渡辺千春, 南英俊, 北村健郎, 浅沼健太郎, 中出蔵馬, 安居昴紀, 幸良彦, 柴野雄紀, 山本卓, 柏木隆成, 門脇和男;渡辺千春, 南英俊, 北村健郎, 浅沼健太郎, 中出蔵馬, 安居昴紀, 幸良彦, 柴野雄紀, 山本卓, 柏木隆成, 門脇和男;渡辺千春, 南英俊, 北村健郎, 浅沼健太郎, 中出蔵馬, 安居昴紀, 幸良彦, 柴野雄紀, 山本卓, 柏木隆成, 門脇和男
• 通讯作者: 渡辺千春, 南英俊, 北村健郎, 浅沼健太郎, 中出蔵馬, 安居昴紀, 幸良彦, 柴野雄紀, 山本卓, 柏木隆成, 門脇和男

The study of High-T_c superconducting THz emitting devices and its heating effect.

高温超导太赫兹发射器件及其加热效应研究。

• 发表时间: 2016
• 作者: Chiharu Watanabe;Hidetoshi Minami;Hiroyuki Kubo;Kazuki Sakamoto; Takuya Katsuragawa;Yuki Komori;Yuasa Takumi;Taiga Tanaka;Takanari Kashiwagi; Richard A. Klemm and Kazuo Kadowaki
• 通讯作者: Richard A. Klemm and Kazuo Kadowaki

Electrical Potential Distribution in Terahertz-Emitting Rectangular Mesa Device of High-T_c Superconducting Bi_2Sr_2CaCu_2O8+d

高温超导Bi_2Sr_2CaCu_2O8 d太赫兹发射矩形台面器件中的电势分布

• 发表时间: 2016
• 期刊: Supercond. Sci. Tech
• 作者: Chiharu Watanabe;Hidetoshi Minami;Takeo Kitamura;Yoshihiko Saiwai;Yuki Shibano;Takuya Katsuragawa;Hiroyuki Kubo;Kazuki Sakamoto;Takanari Kashiwagi;Richard A Klemm and Kazuo Kadowaki
• 通讯作者: Richard A Klemm and Kazuo Kadowaki

THz waves emitted from the Josephson junctions

从约瑟夫森结发射的太赫兹波

• 发表时间: 2015
• 作者: Chiharu Watanabe;H. Minami;T. Kitamura;Y. Saiwai;Y. Shibano;H. Kubo;K. Sakamoto;T. Katsuragawa;T. Tanaka, T. Yuasa;Y. Komori;T. Kashiwagi;R. A. Klemm;K. Kadowaki
• 通讯作者: K. Kadowaki

A high-T_c intrinsic Josephson junction emitter tunable from 0.5 to 2.4 terahert

高温本征约瑟夫森结发射器，可调范围为 0.5 至 2.4 太赫赫

• 发表时间: 2015
• 期刊: Appl. Phys. Lett.
• 作者: Kashiwagi T;Sakamoto K;Kubo H;Shibano Y;Enomoto T;Kitamura T;Asanuma K;Yasui T;Watanabe C;Nakade K;Saiwai Y;Katsuragawa T;Tsujimoto M;Yoshizaki R;Yamamoto T;Minami H;Klemm A R;Kadowaki K
• 通讯作者: Kadowaki K