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超伝導針状結晶からのテラヘルツ波放射に関する論文をApplied Physics Lettersで発表

物質材料研究機構の齋藤嘉人氏、高野義彦MANA主任研究者との共同研究で針状(ウィスカー)超伝導結晶を用いたテラヘルツ発振デバイスに関する論文がApplied Physics Letters誌のEditors’ pick(編集部おススメ)として掲載されました。

Polarization analysis of terahertz emission from Bi-2212 cross-whisker intrinsic Josephson junction devices and their refractive index 

Appl. Phys. Lett. 121, 212601 (2022);  https://doi.org/10.1063/5.0123290

 Y. Saito I. Kakeya, and  Y. Takano

今回、私たちは短時間で育成できるビスマス系高温超伝導ウィスカー結晶を用いたテラヘルツ発振デバイスの開発に成功しました。超伝導テラヘルツ光源にはこれまで平板状単結晶が用いられてきましたが、ウィスカー結晶を用いることにより、素子作製時間の短縮と多機能化が見込まれ、研究開発の加速が期待できます。

本成果については、京都大学よりプレスリリースもされておりますので、そちらも参照ください。

超伝導針状結晶からのテラヘルツ波放射に成功ー超伝導テラヘルツ光源の機能開発を加速ー

低温工学・超伝導若手特別講演会で奨励賞を受賞

低温工学・超伝導学会関西支部が主催し、関西学院大学大阪梅田キャンパスで行われた第21回低温工学・超伝導若手特別講演会でM2の小林亮太君が「Bi2212からのテラヘルツ放射に関する高バイアス領域における電気回路モデル」と題して研究発表を行い、見事奨励賞を受賞しました。おめでとうございます。

審査員と受賞者の皆さん。小林君は後列右から2人目。

出前授業に行ってきました

京都府教育委員会「知的好奇心をくすぐる体験授業」で掛谷と小林(M2)が長岡京市立長岡第四中学校に伺って2年生を対象に「身の回りの工学」という題目で出前授業を行いました。

始めの1時間で超伝導体を使った磁気浮上のデモンストレーションを行いました。浮上している磁石を160名全員が触って、不思議な感覚を体験してもらいました。

まずは、スマートフォンを例にとり、既存の知を価値にする「イノベーション」の具体例を聞いてもらいました。

その後、2クラスずつに分かれて、1クラス6班で考えたイノベーションについて発表し、4件のベストイノベーションを生徒の投票で決めました。

イノベーションの中身だけでなく、プレゼンテーションも非常に盛り上がり、この生徒たちの将来が大変楽しみになりました。

中学校のサイトにも報告がありますので、ご覧ください。
https://www.kyoto-be.ne.jp/nagaoka4-jhs/cms/?p=1389

Applied Physics Lettersに論文が受理

American Institute of Physicsの英文速報誌Applied Physics Letters (APL)に投稿していたウィスカー結晶高温超伝導ジョセフソンプラズマ光源の放射特性とその数値計算を報告した、物質材料研究機構のグループとの共著論文が受理されました。

本研究室は、測定系の構築、数値計算を含む測定結果の解析、論文の執筆において重要な貢献を果たしております。

arxivにアップロードしているプレプリントはこちら

応用物理学会で3件の講演

第83回応用物理学会秋季学術講演会(東北大学)において、3件の研究室メンバーによる発表を行いました。

[21p-A302-1] 外部磁場中の高温超伝導体-強磁性体二層膜におけるテラヘルツ時間領域分光法による複素伝導度解析

〇西村 太一1、中村 公大1、小森 祥央2,3、J. ロビンソン3、J. マンジュネ4、J. ティノン4、S. ディロン4、掛谷 一弘1 (1.京大院工、2.名大院理、3.ケンブリッジ大学、4.パリ ENS)

[21p-A302-4] 多メサ同期制御のためのジョセフソンプラズマ発振器の開発

〇(M1)柳生 望光1、小林 亮太1、掛谷 一弘1 (1.京大院工)

[21p-A302-5] Bi2212からのテラヘルツ放射に関する高バイアス領域における電気回路モデル

〇(M2)小林 亮太1、巴山 顕1、掛谷 一弘1 (1.京大院工)

ほか、共著論文として、3件の発表が共同研究者により行われました。

日本物理学会で1件の発表とチュートリアルセッション座長

日本物理学会2022年秋季大会(東京工業大学)で下記1件の発表を行いました。

13aW935-6 PCMO/YBCO二層膜におけるテラヘルツ時間領域分光 西村太一A, 中村公大A, 小森祥央B, C, J. ロビンソンC, J. マンジュネD, J. ティノンD, S. ディロンD掛谷一弘A

また、東北大学の野島先生によるチュートリアル講演「新展開を見せる2次元超伝導研究へのチュートリアル:原子層物質の低次元性と高い結晶性が生み出す新規物性」の座長を務めました。本チュートリアル講演は掛谷が提案し、学会において採用されたもので、当日は150名程度の現地参加、100名程度のオンライン参加という大変盛況で、当該分野の注目度が再認識されました。

論文出版:ジョセフソンプラズマ光源の回路モデルと数値計算

応用物理学会の英文速報誌Applied Physics Express (APEX)から高温超伝導ジョセフソンプラズマ光源の回路モデルとその数値計算に関する論文が出版されました。

Circuit models of simultaneously biased intrinsic Josephson junction stacks for terahertz radiations in high-bias regime

Ryota Kobayashi1, Ken Hayama1 and Itsuhiro Kakeya1

Published 17 August 2022 • © 2022 The Japan Society of Applied Physics
Applied Physics ExpressVolume 15Number 9

本論文では、単独素子発振と2素子直列・並列接続の回路モデルを提案し、実験結果から回路パラメータを決めて2素子同期発振を記述しました。
同期発振に関して実験値に合わせこむ計算としては、新しい試みです。特に興味深い点としては、パッチアンテナの共振周波数と放射極大の周波数が一致しないことであり、ジョセフソンプラズマ光源の特徴として知られている広帯域発振の謎を解くカギになりそうです。

論文出版:超伝導デバイスからのテラヘルツ波放射同期解析

高温超伝導体Bi2212単結晶から作成されたテラヘルツ放射デバイスについての論文がPhysical Review Applied誌から発表されました。本論文は、現M2の小林亮太、元修士課程院生の巴山顕が中心となって進めた実験の成果を産業技術総合研究所の辻本学博士と共にまとめたものです。

本論文では、放射テラヘルツ波の偏光測定結果について線形代数を用いた解析を行うことにより、同期する二つの素子からの放射電磁波の位相差が周波数に応じて変わっていくことを示しています。本論文で得られた成果をもとに系統的に調査を進めていくことにより、Beyond 5Gに求められる超高速通信のキャリア光源として有用なテラヘルツ電磁波を放射する超伝導デバイスが実現可能になります。

Spontaneous Frequency Shift and Phase Delay of Coupled Terahertz Radiation Mediated by the Josephson Plasmon in a Cuprate Superconductor

Ryota Kobayashi, Ken Hayama, Shuma Fujita, Manabu Tsujimoto, and Itsuhiro Kakeya
Phys. Rev. Applied 17, 054043 – Published 25 May 2022