半導体テラヘルツ発振器の超高速振動ダイナミクスの計測と制御に成功～次世代無線通信やセンシングの高機能化へ～(JST)

2024.7.2更新
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　京都大学 大学院理学研究科 有川 敬 助教（研究当時、現：兵庫県立大学 大学院工学研究科 准教授）、田中 耕一郎 教授（兼：高等研究院 物質—細胞統合システム拠点 連携主任研究者）らの研究グループは、大阪大学 大学院基礎工学研究科 西上 直毅さん（研究当時：修士課程学生）、冨士田 誠之 准教授、永妻 忠夫 教授（研究当時、現：大阪大学 産業科学研究所 特任教授）、ローム株式会社らとの共同研究で、共鳴トンネルダイオードを用いた小型の半導体テラヘルツ発振器から放射されるテラヘルツ電磁波の波形計測と制御に成功しました。
　近年の半導体微細加工技術の進展により、発振回路の周波数はエレクトロニクス技術の高周波限界領域であるテラヘルツ（1秒間に1兆回の振動）帯に達しています。ところが、オシロスコープのような電子計測器ではこのような超高速振動を観測することはできず、その振動状態の変化（ダイナミクス）を計測し、制御することは困難でした。
　本研究グループは、光計測技術を応用することで、共鳴トンネルダイオードから放射されるテラヘルツ電磁波の振動電場波形を可視化し、そのダイナミクスを支配する基礎理論を明らかにしました。これにより位相情報を用いた超高速・大容量無線通信やスマートセンシング技術の実現が期待されます。
　本成果は、2024年7月2日（現地時間）に英国の国際学術誌「Nature Communications」にオンライン掲載されます。


本成果は以下のプロジェクトによる支援を受けて行われました。

  • 科学技術振興機構 戦略的創造研究推進事業 さきがけ「電子・光技術の融合による半導体テラヘルツコム発振器の創成」（研究代表者：有川 敬、課題番号JPMJPR21B1）
  • 科学技術振興機構 戦略的創造研究推進事業 CREST「時空間分布制御テラヘルツ集積デバイスシステムの創成」（研究代表者：冨士田 誠之、課題番号JPMJCR21C4）
  • 科学技術振興機構 戦略的創造研究推進事業 ACCEL「半導体を基軸としたテラヘルツ光科学と応用展開」（RD：田中 耕一郎、PM：深澤 亮一、課題番号JPMJMI17F2）
  • 科学技術振興機構 戦略的創造研究推進事業 CREST「共鳴トンネルダイオードとフォトニック結晶の融合によるテラヘルツ集積基盤技術の創成」（研究代表者：冨士田 誠之、課題番号JPMJCR1534）
  • ローム株式会社研究公募（研究代表者：有川 敬）

    • ＜プレスリリース資料＞

    本文PDF（1MB）


    ＜論文タイトル＞

    “Phase-resolved measurement and control of ultrafast dynamics in terahertz electronic oscillators”

    DOI:10.1038/s41467-024-48782-4


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