Numerical simulations of terahertz emission from intrinsic Josephson junctions with variation of the number of junctions

固有ジョセフソン接合の数値シミュレーション; 接合数と発振特性

太田 幸宏; 町田 昌彦  ; 小山 富男*; 松本 秀樹*

Ota, Yukihiro; Machida, Masahiko; Koyama, Tomio*; Matsumoto, Hideki*

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超伝導工において関心を集めるテーマとなっている。本発表では、接合数に対する発振特性を解明すべく、マルチスケールシミュレーションを実装する。接合数依存性は発振強度の原理的な限界を精査するため重要であるが、従来の単一スケール手法では困難であり、ほとんど議論されてこなかった。そこで、超伝導メサの軸方向に周期境界条件を課さず、層間相互作用とメサ境界からの影響を取り入れた手法を開発する。シミュレーションの結果、接合数の増大に伴い、低バイアス領域における主要寄与とされる基本モードに相当する発振ピークの増幅が確認され、シミュレーションが成功していることがわかった。

Observing the teraherz radiation emission from BiSrCaCuO leads to a number of the experimental and theoretical studies of revealing the mechanism of the behaviors in superconducting engineering. We develop a large-scale simulation approach for the teraherz emission from intrinsic Josephson junction stacks with multiple spatial scales. We focus on the effects of the number of the junctions in the system, which is considered to be a key ingredient of determining the emission-power bound. Our simulation method successfully predicts the amplification of the emission peaks corresponding to the fundamental mode, i.e., a primary contribution in low-current-biased region.