固有ジョセフソン接合系の同期メカニズム解明とコヒーレントテラヘルツ光源への応用

銅酸化物高温超伝導体の固有ジョセフソン接合を使った小型コヒーレントテラヘルツ光源の実現に向けて、固有ジョセフソン接合系の位相同期メカニズム解明に臨んだ。利便性の高いテラヘルツ光源の実現は、材料科学、生命科学、環境科学、医療、薬学など、幅広い分野の発展促進につながる。本年度は主に次に挙げた２つの課題に着手した：（１）元素置換技法を用いた周波数特性の改善、および（２）電磁界シミュレータを使った空洞共振モード同定手法の確立である。（１）では、構成元素の一部を鉛に置換した高温超伝導体単結晶を用いて初めてテラヘルツ発振に成功した。鉛置換で大型単結晶の育成が容易になることは工業的な利点である。発生したテラヘルツ波の周波数をFT-IR分光で調べたところ、置換による実効的な屈折率変化が約80％の高周波発振を引き起こすことがわかった。元素置換技法は材料研究の観点からも画期的であり、今後鉛以外の元素を導入することでさらなる素子性能の多様化が期待できる。（２）の研究では、テラヘルツ波の強度および偏波特性はバイアス掃引によって自在に制御できることを示し、光源の設計指針として重要な知見を得ることができた。研究成果は、英国物理学会のSuperconductor Science and Technology誌および米国光学会のOptics Express誌に筆頭論文として掲載されている。国内の学術雑誌においては解説記事１編が掲載された。国際学会では１件の口頭発表、国内学会では４件の口頭発表と１件のポスター発表を行った。光源のパッケージ化技術に関する発明では１件の特許出願を行った。

銅酸化物高温超伝導体の固有ジョセフソン接合を使った小型コヒーレントテラヘルツ光源の実現に向けて、固有ジョセフソン接合系の位相同期メカニズム解明に臨んだ。利便性の高いテラヘルツ光源の実現は、材料科学、生命科学、環境科学、医療、薬学など、幅広い分野の発展促進につながる。本年度は主に次に挙げた２つの課題に着手した：（１）元素置換技法を用いた周波数特性の改善、および（２）電磁界シミュレータを使った空洞共振モード同定手法の確立である。（１）では、構成元素の一部を鉛に置換した高温超伝導体単結晶を用いて初めてテラヘルツ発振に成功した。鉛置換で大型単結晶の育成が容易になることは工業的な利点である。発生したテラヘルツ波の周波数をFT-IR分光で調べたところ、置換による実効的な屈折率変化が約80％の高周波発振を引き起こすことがわかった。元素置換技法は材料研究の観点からも画期的であり、今後鉛以外の元素を導入することでさらなる素子性能の多様化が期待できる。（２）の研究では、テラヘルツ波の強度および偏波特性はバイアス掃引によって自在に制御できることを示し、光源の設計指針として重要な知見を得ることができた。研究成果は、英国物理学会のSuperconductor Science and Technology誌および米国光学会のOptics Express誌に筆頭論文として掲載されている。国内の学術雑誌においては解説記事１編が掲載された。国際学会では１件の口頭発表、国内学会では４件の口頭発表と１件のポスター発表を行った。光源のパッケージ化技術に関する発明では１件の特許出願を行った。