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超伝導体テラヘルツ光源の同期現象を初めて観測 ~ テラヘルツ量子通信デバイスの創成につながる新発見 ~

2020/05/15

筑波大学数理物質系の辻本学助教らの研究グループは、京都大学大学院工学研究科の掛谷一弘准教授、パリ高等師範学校のDhillon博士らの研究グループとの共同研究で、超伝導体テラヘルツ光源の同期現象の観測に成功しました。

辻本助教は、超伝導体の結晶中に発生する特殊な超伝導プラズマ波が光子(フォトン)に変換される現象に注目しています。これまでの研究で、基板上に並べられた複数の光源から、高強度かつ位相のそろったフォトンが一斉に放射される現象が観測されていたものの、その仕組みは明らかにされていませんでした。

辻本助教らは今回、放射されたフォトンの偏波状態を調べることでこれを解明し、巨視的なスケールで位相同期が生じる際には偏波状態に特徴的な変化が現れることを発見しました。また、量子力学に基づいた数値解析によって、超伝導体中のプラズマ波とフォトンが結合する原理を明らかにしました。この成果は、超伝導体中のプラズマ波を制御する技術に応用できることに加え、次世代のテラヘルツ無線通信や分光技術に有用な量子通信デバイスの創成に役立ちます。


図説 (a) 基板上に作製した2つの超伝導体光源の顕微鏡写真。図中の電極から光源に電流を注入するとテラヘルツ波(フォトン)が放射される。(b) 同期した2つの超伝導体光源の概念図。隣り合う光源が超伝導プラズマ波を介して結合することで、高強度で位相のそろったフォトンが放射される。

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