固有ジョセフソン効果の広領域位相同期と電磁波放射構造

点击翻译按钮获取中文摘要

高温超伝導体Bi2Sr2CaCu2O8+dはジョセフソントンネル接合が積層した構造をもつ層状物質であり、ジョセフソン効果を基本原理とする単色テラヘルツ波の放射が起こる。本研究は、この結晶の大規模なアレイ構造やフォトニック結晶の概念を応用することで、結晶内で生じる超伝導電流、常伝導電流と変位電流の集団励起であるジョセフソンプラズマの、広い領域でのコヒーレンスの実現を目指す。それによって、放射される単色テラヘルツ波を増強することを目的とする。今年度は、これまでで最大の２４個までのメサ型素子からなるアレイ素子を作製することに成功し、さらなる大型化の足掛かりを得た。素子数が多くなると問題となるジュール発熱対策として、この研究分野では初めてとなる、パルス電圧でバイアスする測定システムを構築した。発振素子の基本特性である周波数スペクトルと放射分布をパルスバイアス下で測定できるようになった。１４個および２４個のメサ型素子からなるアレイ素子において、要素であるメサ型素子が放射するテラヘルツ波間の周波数引き込み現象（単色化）を、新たに構築した周波数スペクトル測定システムを使って観測することに成功した。また、当初想定していなかったが、パルスバイアスによってサブテラヘルツ～テラヘルツ帯で周波数掃引が可能であることが見いだされた。パルスバイアス研究以外では、これまで我々の素子で観測されていた高い放射指向性の解明に向けて精力的に研究を行った。その結果、排熱のためにメサ構造に接触させていたアルミナ板またはサファイア板が、誘電体共振器アンテナとして動作していることを、放射分布測定実験とコンピューターシミュレーションによる研究によって突き止めた。上記の成果は応用物理学会、低温物理国際会議などで発表し、２件のプロシーディング論文を発表した。周波数掃引については特許出願を行った。