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先端情報通信技術を支える物質材料研究 |
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自然の結晶構造を利用した |
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| テラヘルツ（10の12乗毎秒発振）帯の電磁波は、電波と遠赤外線の狭間にあり、実用的な発振源がないために未踏周波数帯と呼ばれています。テラヘルツは、エレクトロニクスとしては現行のギガヘルツの三桁上に位置し、また光としては分子の振動や回転の励起エネルギーに相当することから、高度情報化社会やバイオ等の技術が活躍する医療の分野において、高い潜在力を秘めています。 超伝導／絶縁体／超伝導の三層積層デバイスは、高周波受信用のデバイスとして電波天文学等に利用されていますが、発振器としては出力が10億分の1ワットと小さく実用にはなりません。酸化物高温超伝導体の結晶では超伝導／絶縁体の原子層が1-2nmの周期で繰り返しています。本研究では、この構造を利用して、数百層に及ぶ積層素子列を取り出して、出力の高いテラヘルツ高周波発振器の開発を行っています。高温超伝導体の超伝導遷移温度が高く超伝導エネルギーギャップが大きいことから、従来の金属系の素子よりも高いテラヘルツ帯まで動作すると予想されています。 図に、ビスマス系単結晶ウィスカーの結晶構造そのものがもつ天然の超伝導／絶縁体素子列構造（左）を微細加工して得た多重接合部分（中）と、周辺回路も含めて作り込まれた素子構造（右）を示します。 この分野は、未踏領域であるため、素子だけでなく、電波の取り出し技術や計測・評価システムを含めた技術体系全体の開発が必要になっています。 私達は、ビスマス系やイットリウム系の高温超伝導体単結晶ウィスカーや薄膜を合成するとともに、超伝導／絶縁体の繰り返し積層構造を微細加工により切りだし、その基礎的な電磁気学的性質を調べています。さらに、アンテナや共振器と一体となった発振デバイスとして設計・試作を行い動作特性の検証を行っています。 |
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| 図 高温超伝導体の結晶構造（左）、微細加工して得た超伝導／絶縁層多重接合部分（中）、周辺回路も含めて作り込まれた素子構造（右） |
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