超伝導体テラヘルツ電磁波発振デバイスにおける自己発熱効果に関する研究

超导太赫兹电磁波振荡装置自热效应研究

• 批准号: 21K04143
• 负责人: 及川 大
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: National Institute of Technology, Toyota College
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04143/
• 关键词: 高温超伝導体; テラヘルツ電磁波; 微細加工; 超伝導体; 自己発熱効果; ジョセフソン接合

本研究は高温超伝導体結晶構造中に内包されるジョセフソン接合のデバイス機能を用いた，テラヘルツ電磁波発振器の高出力化を目的としている。特に，高出力化の弊害となるジョセフソン接合における動作時の自己発熱効果の低減に主眼を置いている。前年度に発熱効果の低減化を数値解析的に調査した。今年度は実験的研究を行う予定であった。そのためにはまず，超伝導結晶をミクロンサイズに微細加工する必要がある。その微細加工技術において重要なフォトリソグラフィやアルゴンイオンミリング(プラズマエッチング)の最適化，設計および構築を行なった。フォトリゾグラフィは現像技術を用いて微細パターンの描画を行うものである。まず，光源を駆動する回路の作製を行なった。また実体顕微鏡及び3次元可動ステージを用いてマスクアライナを自作し，感光剤(レジスト)や現像液の質，量や反応時間を最適化し，超伝導体結晶に望まれる微細パターンを作製することに成功した。一方，超伝導結晶を微細に切削するプラズマエッチング装置についての，高真空度の達成や，アルゴンガスの導入機構の構築を行なった。また貸与した高周波電源においてプラズマの点火や切削可能であることを確認した。上記と並行して，数値解析による研究も遂行した。超伝導結晶の厚さを薄くすることで更なる，発熱の低減が可能なことを示した。さらに発熱だけでなく，実際に放射される電磁波の周波数や強度を超伝導結晶内部を等価回路に置き換えることによって評価した。研究分担者とともに超伝導単結晶の作製を行い，原材料の融点を低下させるフラックス剤を通常より過剰に添加し焼結することによって，結晶性の高い単結晶を得ることに成功した。

这项研究旨在利用高温超导体晶体结构中包含的约瑟夫森结的器件功能来提高太赫兹电磁波振荡器的输出。特别是，我们专注于减少约瑟夫森结在工作过程中的自热效应，这是增加输出功率的不利影响。去年，我们进行了数值分析，研究如何减少发热效应。今年，我们计划进行实验研究。为此，首先需要将超导晶体微加工至微米尺寸。我们优化、设计和构建了微细加工技术中重要的光刻和氩离子铣削（等离子体蚀刻）。光刻是一种利用显影技术绘制精细图案的方法。首先，我们创建了一个驱动光源的电路。我们还使用立体显微镜和三维可移动平台制作了自己的掩模对准器，并优化了光敏剂（抗蚀剂）和显影剂的质量、数量和反应时间，以创建超导晶体所需的精细图案。 。另一方面，我们实现了高真空度，并为精细切割超导晶体的等离子蚀刻设备构建了氩气引入机构。还确认了使用借用的高频电源可以进行等离子点火和切割。与上述同时，我们还利用数值分析进行了研究。我们已经证明，通过减小超导晶体的厚度可以进一步减少热量的产生。此外，除了发热之外，还通过用等效电路替换超导晶体的内部来评估实际发射的电磁波的频率和强度。他们与共同研究人员一起创造了超导单晶，并通过添加超过通常量的降低原料熔点的助熔剂并进行烧结，成功获得了高度结晶的单晶。

项目成果

及川大，都築啓太，熊谷勇喜，安藤浩哉，杉浦藤虎，塚本武彦

及川大、都筑启太、熊谷由纪、安藤博也、杉浦藤虎、冢本武彦

• 发表时间: 2022
• 作者: 諸星 美咲;金 敬鎬;阿部 良夫;固有接合内部のc軸方向における温度分布の数値解析
• 通讯作者: 固有接合内部のc軸方向における温度分布の数値解析

BSCCO Terahertz Oscillators Controlled With Additional Heaters

• DOI: 10.1109/tasc.2023.3334198
• 发表时间: 2024
• 期刊: IEEE Transactions on Applied Superconductivity
• 影响因子: 1.8
• 作者: D. Oikawa;Eric Dorsch;Stefan Guénon;D. Koelle;R. Kleiner

Synchronization of intrinsic Josephson junctions in terahertz electromagnetic wave oscillators with non-uniform temperature distributions

非均匀温度分布太赫兹电磁波振荡器中本征约瑟夫森结的同步

• 发表时间: 2021
• 作者: Dai Oikawa ;Keita Tsuzuki;Yuki Kumagai;Haruki Mitarai;Hiroya Andoh;Toko Sugiura;and Takehiko Tsukamoto
• 通讯作者: and Takehiko Tsukamoto

Enhancement of magnetic flux distribution using roundly stacked‐HTS tape

使用圆形堆叠高温超导带增强磁通量分布

• 发表时间: 2021
• 作者: Keita Tsuzuki;Norihito Kambe;Dai Oikawa;Hiroya Andoh;Takehiko Tsukamoto
• 通讯作者: Takehiko Tsukamoto

Eberhard Karls University Tuebingen(ドイツ)

艾伯哈德·卡尔斯图宾根大学（德国）