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

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。