辻本学 日本学術振興会特別研究員（工学研究科）と 掛谷一弘 工学研究科准教授の研究グループは、高温超伝導体を用いたテラヘルツ光源における温度分布の可視化と制御に成功し、温度分布とテラヘルツ発振強度の関係をはじめて明らかにしました。この成果によって、高出力連続テラヘルツ光源を設計することが可能となります。
本研究成果は、アメリカ物理学会「Physical Review Applied」にて2014年10月29日に公開される予定です。
研究者からのコメント
左から掛谷准教授、辻本特别研究员
これまで高温超伝导テラヘルツ光源の温度分布と出力の関係についてさまざまな议论がなされてきましたが、本研究の手法で説得力のある実験结果を示し、それらの関係を明らかにすることができて大変嬉しいです。効率的な冷却が高出力化につながるという结论のわかりやすさが、高い评価をいただけた理由であると考えます。
今后も高温超伝导テラヘルツ光源の実现をめざし、よりいっそう研究に励みたいと思います。また、今回このような発表の机会をいただけたことに深く感谢いたします。
ポイント
- 高温超伝导小型コヒーレントテラヘルツ光源における温度分布の可视化に成功
- 発热による过剰な温度上昇を抑制することで高出力なテラヘルツ発振を実証
- 数値シミュレーション解析により効率的な冷却方法を提案
概要
テラヘルツ帯（テラは10の12乗を指す接头语）の电磁波を用いたテラヘルツ技术は、医疗诊断、セキュリティー検査、タンパク质の构造解析、高速无线通信、宇宙観测など、幅広い分野への応用が期待されています。テラヘルツ波の最大の特徴は、电波のような高い透过性と光のように优れた空间分解能をあわせ持つことです。このテラヘルツ波の连続光源の候补として、高温超伝导体のナノ构造を利用した超伝导テラヘルツ光源が2007年に発明されました。それ以降、光源の実用化を目指し、これまで精力的な研究が世界中で行われてきましたが、莫大なジュール热による温度上昇が超伝导状态を破壊し、结果として光源の出力が低下してしまうという技术的问题が指摘されていました。
本研究グループは今回、极低温环境でも有効な温度イメージング装置を构筑し、微小サイズの光源表面における特徴的な温度分布の可视化に成功しました。そして温度分布とテラヘルツ発振强度の比较ができる特殊な构造を有した光源を用いて実験を行い、过剰な温度上昇を抑制することでテラヘルツ発振の高出力化を実証しました。さらに、得られた结果を数値シミュレーション解析することで、高出力テラヘルツ光源の実现につながる効率的な冷却方法を提案しました。
超伝导テラヘルツ光源が実用化されれば、これまで半导体素子を中心に発展してきたテラヘルツ技术に革命的な进歩をもたらし、我が国の科学技术の発展にも大きく贡献することが予想されます。 
図：（补）超伝导テラヘルツ光源の电流电圧特性。（产）高电流域、（肠）低电流域における発振强度の电圧依存性。挿入図は可视化した温度分布。过剰な温度上昇を抑制することで発振强度が増大していることがわかる。
详しい研究内容について
高温超伝導体を用いた新しいテラヘルツ光源における温度分布の可視化と制御に成功 －小型コヒーレントテラヘルツ光源の実現につながる重要な手がかり－
书誌情报
[DOI]
M. Tsujimoto, H. Kambara, Y. Maeda, Y. Yoshioka, Y. Nakagawa, and I. Kakeya
"Dynamic Control of Temperature Distributions in Stacks of Intrinsic Josephson Junctions in Bi2Sr2CaCu2O8+δ for Intense Terahertz Radiation"
Physical Review Applied 2(4) 044016 published 29 October 2014
掲载情报
- 日刊工業新聞（10月23日 19面）に掲載されました。
