超高密度移動体通信を可能にするテラヘルツ光源の開発(データ送信及び自動運転に応用)

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概要
アセム・エルアラビ工学研究科博士課程学生、掛谷一弘准教授および辻本学 筑波大学助教の研究グループは、高温超伝導体を用いた超伝導テラヘルツ光源デバイスから、最大99.7%の円偏光1度をもつテラヘルツ電磁波の発生に成功しました。これは、単独の光源から発生されたテラヘルツ波としては最高の円偏光度です。テラヘルツ波は、高密度な情報を伝送するための電磁波として現在開発が進んでいます。今回実現された技術は、受信側の姿勢によらない安定した超高密度移動体データ送信を可能にし、自動車などの自動運転に応用できます。論文は2017年12月29日、アメリカ物理学会発行のPhysical Review Applied に掲載されました。

1.背景
テラヘルツ帯(テラは10の12乗)の電磁波は、高速無線通信、空港でのセキュリティー検査、ガン部位の識別、封筒内の薬物検知、宇宙観測など幅広い分野へ応用が実現・期待されています。テラヘルツ波を連続して発振する光源として、高温超伝導体のナノ構造を利用したものが2007年に発明されました。それ以降、この光源の実用化をめざし、精力的な研究が世界中で行われています。円偏光テラヘルツ波は、超高密度移動体通信に必須なだけでなく、光学異性体の透過率が電界の回転方向によって異なるため、物質にダメージを与えることなくこれらを区別することができるので、医薬品の識別・組織の診断などに応用できます。また、コガネムシのように、回転方向により異なる反射率を持つ物体の識別にも有用です。これまで、単独で円偏光テラヘルツ波を連続して発振できるデバイスは得られておらず、上記技術の実現への障害となっていました。

2.研究手法・成果
今回の研究では、正方形の対角を切り取った形状の超伝導テラヘルツ光源を作製し、電磁波の電界が回転する円偏光特性をもつテラヘルツ波の放射に成功しました。今回発生させたテラヘルツ波が特定の方向に偏った電界を持たないことをテラヘルツ波の偏光測定から明らかにしました。測定された発振周波数の0.4テラヘルツは、円偏光放射が予測される値と一致します。通信および化学分析に重要な電界の回転方向についても、国立研究開発法人産業技術研究所のグループから先行して発表された理論計算との比較から提案しました。

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