固有ジョセフソン接合系におけるテラヘルツ発振の接合数依存マルチスケールシミュレーション

Layer-number-dependence of teraherz radiations from intrinsic Josephson junctions stacks

太田 幸宏; 町田 昌彦  

Ota, Yukihiro; Machida, Masahiko

層状銅酸化物超伝導体BiSrCaCuOによるテラヘルツ発振の観測を契機に、その発振機構の解明は理論および実験の両面から大きな関心を集めるテーマとなっている。特に、系統的なデバイス設計に役立つシミュレーション法の確立は当該分野で待望されている。シミュレーション上の困難として、デバイス内および外を含む大規模な電磁場解析が要請されることがある。そこで、我々は空間スケールに関するマルチスケールシミュレーションを実装する超並列化計算コードを開発し、その解決にあたった。本コードの特色として、固有ジョセフソン接合の接合数依存性を系統的に調べることが可能となる点があげられる。すなわち、接合数に対する発振特性が解明される。シミュレーションの結果、基本モードに相当する発振ピーク強度が接合数の二乗に比例することを見出した。さらに、同位相モードは接合数が100程度になると顕著になることを見出した。このようにデバイスに含まれる接合数に応じた発振特性の予測の基盤を構築できる。

Since the observation of teraherz emission from mesas made of layered high-Tc superconductor BiSrCaCuO, the mechanism of radiation attracts a great deal of attention from theoretical and engineering points of view. Emission has a connection with the dynamical aspects of superconducting phases and electromagnetic wave; constructing a theoretical approach to integrating these degrees of freedom is desirable. A way to resolving the issues is built up by 3D dynamical simulations of intrinsic Josephson junction stacks with outside-vacuum contributions. In this article, we apply our code to characterizing teraherz emission in low-bias-current regions. The highlight is to achieve the change of the junction numbers involved the sample. We successfully reproduce the emergence of -kink behaviors. Then, we show the presence of a critical value of the number of junctions for a strong emission.