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

基本信息

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

项目摘要

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。

到目前为止，该代表已经利用 SiC 的光致发光发射强度的温度依赖性，对利用高温超导体 BSCCO 晶体的本征约瑟夫森结的太赫兹波振荡器装置进行了详细的温度分布测量。然而，该方法的空间分辨率受到微晶晶粒尺寸的限制，仅限于几微米。因此，我们尝试通过使用产生PL发光的ZnO薄膜以更高分辨率观察器件温度分布。具体的薄膜生长方法是利用PLD(脉冲激光沉积)装置在蓝宝石衬底的表面生长ZnO薄膜。结果，我们成功地生长了一种ZnO薄膜，该薄膜产生具有极高空间分辨率的PL发射并且对温度敏感，并确定了最佳成膜条件。此外，今年，作为新的尝试，我们制作了一个圆盘状元件中心有孔的环形元件，并尝试观察其振动特性。在天线工程领域，这种结构的贴片天线特性受到了相当多的关注，并进行了各种研究。例如，为了在最低阶模式下获得相同的谐振频率，与盘式类型相比需要更小的面积，因此可以用于密集阵列结构。此外，由于模式分离取决于外径与内径的比率，因此可以通过操纵该比率来调谐谐振频率。然而，虽然已有关于采用环形结构的高温超导太赫兹波振荡器的理论研究，但尚未进行实验尝试。因此，通过实际创建一个设备，我们研究了它的特性。由于使用金属掩模制造器件的传统方法很难创建器件，因此我们使用了光刻图案化设备。因此，我们能够建立一种具有高电流/电压特性和器件结构再现性的器件制造工艺。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

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

DOI：
发表时间：
2014
期刊：
影响因子：
0
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
通讯作者：
　門脇和男

A role of temperature inhomogeneity and hot-spot formation on the THz emission from high Tc superconducting intrinsic Josephson junction mesa devices

温度不均匀性和热点形成对高温超导本征约瑟夫森结台面器件太赫兹发射的作用

DOI：
发表时间：
2015
期刊：
影响因子：
0
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
通讯作者：
　門脇和男

The effect of temperature distribution on THz emission from high-Tc superconducting THz devices

温度分布对高温超导太赫兹器件太赫兹发射的影响

DOI：
发表时间：
2014
期刊：
影响因子：
0
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
通讯作者：
　門脇和男

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

DOI：
发表时间：
2016
期刊：
影响因子：
0
作者：
Chiharu Watanabe; Hidetoshi Minami; Takeo Kitamura; Yoshihiko Saiwai; Yuki Shibano; Takuya Katsuragawa; Hiroyuki Kubo; Kazuki Sakamoto; Takanari Kashiwagi; Richard A Klemm;Kazuo Kadowaki
通讯作者：
Kazuo Kadowaki

0.43 THz emission from high-Tc superconducting emitters optimized at 77 K

来自在 77 K 优化的高温超导发射器的 0.43 THz 发射