基本情報

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中島 健介

NAKAJIMA Kensuke


職名

教授

専門分野(科研費分類) 【 表示 / 非表示

  • 電子デバイス・電子機器

  • 電子・電気材料工学

取得学位 【 表示 / 非表示

  • 工学博士,長岡技術科学大学,1991年09月

学外略歴 【 表示 / 非表示

  • 長岡技術科学大学,職員(教務系),1981年04月 ~ 1991年01月

  • 長岡技術科学大学,助手,1991年01月 ~ 1991年03月

  • 東北大学電気通信研究所,助手,1991年04月 ~ 1993年04月

  • 東北大学電気通信研究所,助教授,1993年05月 ~ 2003年09月

  • 弘前大学理工学部,教授,2003年10月 ~ 2007年07月

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所属学会・委員会 【 表示 / 非表示

  • 応用物理学会

  • 電子情報通信学会

  • 低温工学協会

  • 日本セラミックス協会

  • 日本応用磁気学会

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研究テーマ 【 表示 / 非表示

  • 電波と光波の中間の周波数(波長)を持つテラヘルツ波帯の電磁波を高感度に検出したり効率良く発振するための超伝導デバイスとそれに利用する超伝導材料の研究を行っています。
    また,テラヘルツ波のイメージング・分析への応用研究も行っています。

研究経歴 【 表示 / 非表示

  • 銅酸化物超伝導体を用いた超高速電子デバイス,1997年10月 ~ 継続中

    固有ジョセフソン効果 テラヘルツ 高温超伝導

  • 高飽和磁化鉄窒素化合物(Fe16N2)の合成とキャラクタリゼーション,1986年04月 ~ 1992年03月

    高飽和磁化 磁性材料 窒化鉄

論文 【 表示 / 非表示

  • RF impedance of intrinsic Josephson junction in flux-flow state with a periodic pinning potential and its optimum condition for RF radiation,Physica C,469 1088-1092,2009年04月

    Yasuyuki Yamada, Kensuke Nakajima, Koji Nakajima

    単著

  • RF responses and possible applications of intrinsic Josephson junctions in di.erent vortex states,Physica C,468 660-663,2008年04月

    Kensuke Nakajima, Yasuyuki Yamada, Tsutomu Yamashita

    単著

  • RF impedance of intrinsic Josephson junction in flux-flow state with a periodic pinning potential,Physica C,468 1295-1297,2008年04月

    Yasuyuki Yamada, Kensuke Nakajima, Koji Nakajima

    単著

  • 超伝導アンテナとフィルタのレーザトリミングによる特性改善,低温工学,41(2) 81-86,2006年04月

    關谷尚人, 小野哲, 中島健介, 齊藤敦, 平野悟, 大嶋重利

    単著

  • RF Responses and In-Phase Josephson Vortex Motion in an Intrinsic Josephson Junction System with a Periodic Pinning Potential,J Korean Phys Soc,48(5) 1053-1056,2006年04月

    Yasuyuki YAMADA, Koji NAKAJIMA, Kensuke NAKAJIMA

    単著

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著書 【 表示 / 非表示

  • 電子物性・材料の事典,朝倉書店,2006年09月

    中島健介

  • 応用物理ハンドブック第2版,丸善,2002年04月

    中島健介

  • セラミックス用語辞典,日刊工業新聞社,1997年09月

    中島健介

  • セラミックス辞典,丸善,1997年03月

    中島健介

  • 絵で見る工業材料事典,日刊工業新聞社,1990年07月

    中島健介

総説・解説記事 【 表示 / 非表示

  • Design and control of interface structure by use of nitrogen-ion implantation,Elsevier Science Publishers,New Functionality Materials,661-668,1993年09月

    S. Okamoto, K. Nakajima, M. Morohashi

  • エレクトロニックセラミクス,学献社,エレクトロニックセラミクス,1992年08月

    中島 健介, 岡本 祥一, 山下 努, 高田 雅介.

工業所有権 【 表示 / 非表示

  • 特許,超伝導テラヘルツ電磁波発生システム及びそのモジュール,山下努,中島健介,陳健,セルゲイ シャフランジュク,王華兵,立木昌

    出願番号( 特願平10-73667 ) ,日本国

  • 特許,層状高温超伝導体固有ジョセフソン効果装置及びその製造方法,中島健介,山下努

    出願番号( 特願平10-73666 ) ,日本国

  • 特許,磁歪式トルクセンサ,片平洋一,保科敦巳,岡本祥一,中島健介

    出願番号( 特願平3-317420 ) ,日本国

  • 特許,高い磁性を有する窒化鉄の製造方法,神野公行,岡本祥一,中島健介

    出願番号( 特願平1-32793 ) ,日本国

学術関係受賞 【 表示 / 非表示

  • 優秀講演賞,2001年12月,日本国,日本応用磁気学会,中島健介

  • 進歩賞,1992年05月,日本国,日本セラミックス協会,中島健介

科研費(文科省・学振)獲得実績 【 表示 / 非表示

  • 基盤研究(B),2008年04月 ~ 継続中,高温超伝導体の磁束量子ダイナミクスとテラヘルツ波放射デバイス応用

    Bi_2Sr_2CaCu_2O_8(Bi2212)高温超伝導体固有ジョセフソン接合(Intrinsic Josephson Junction : IJJ)を作製し, その電圧-電流特性, 外部磁場応答, 高周波応答など接合の基礎特性を評価すると共に, ヘテロダイン検出法によりテラヘルツ波放射の検出を試みた。その結果, 本研究で提案した共振器と集積化したIJJにおいて磁束量子のフロー速度が集積化前に比べて高速化することを見出した。高速化の原因は未だ明らかでないが, IJJ内の磁束量子の運動が外部に集積した共振器構造の影響を受けることを実証できたことは, 本研究の目的を達成する上で重要な成果である。また, 磁束量子フロー状態にあるIJJの高周波応答特性を様々な外部磁場条件下で測定した結果, 金属系トンネル型ジョセフソン接合と同じようにBi-2212 IJJが高周波導波路として機能することを示唆する高周波励起ゼロ交差ステップを観測することに成功した。これは, Bi-2212 IJJを高周波デバイスに応用する上で極めて重要な知見である。 王は低温レーザー走査顕微鏡(LTSLM)を用いて磁束量子フロー状態にあるIJJの直接観測を行った結果, IJJ上にホットスポット列が発生することを見出した。ホットスポット列は, Bi-2212 IJJのキャビティ共振状態を反映しているものとして説明できる。このことは, Bi-2212 IJJが高周波導波路として機能することを直接観測したものであり, 高周波励起ゼロ交差ステップの観測と併せて極めて重要な知見である。

  • 基盤研究(B),2005年04月 ~ 2008年03月,テラヘルツ波分光・イメージング用高感度超伝導検出器の開発

    YBa_2Cu_3O_7(YBCO)粒界型ジョセフソン接合と種々のアンテナを集積化してテラヘルツ検出デバイスを試作し,それらの信号検出特性を0.1THz縲鰀4.2THzの範囲で評価した。接合に平面型対数周期型アンテナ(LPA)を集積した検出器の高周波結合損は約-26dBであり,LPAの給電点と接合抵抗のインピーダンス不整合損が支配的な要因であることを明らかにした。アンテナをLPAからコプレナー導波路結合型スロットダイポールアレイ(CPW-fed SDA)に変更した検出器では,スロットダイポールの1/2λ共振点において高周波結合損が約-20dBに改善された。またそのとき,検出器全体の感度として,約1,400(V/W)を達成した。SDAの放射特性をFDTD法による数値シミュレーションにより解析し,この感度向上にはLPDAに比べて低いアンテナ放射インピーダンスを持つCPW-Fed SDAを採用したことによるインピーダンス不整合損の低下が寄与していることを明らかにした。 残された不整合損はさらに改善する余地がある。それを実現するためにはアンテナの選択だけでなく接合抵抗を上昇させることも重要である。この点から多数の接合が直列に接続された固有ジョセフソン接合は,接合抵抗の大きな素子の候補として期待される。 LPAに代えて共振型アンテナを使った検出器では検出帯域が狭いと問題があるが,スロットダイポールを1λ共振動作させることで0.2THz共振でも50%近い大きな比帯域が得られることを数値シミュレーションにより見出している。

  • 萌芽研究,2004年04月 ~ 2006年03月,積層ジョセフソン接合における磁束量子密度波の励起と量子機能性の発現

    銅酸化物高温超伝導体は,超伝導電流の輸送を担うCuO_2層が積層した結晶構造を特徴としており,CuO_2層に沿ったab面方向とそれに垂直なc軸方向では電流輸送特性に異方性が生ずる。c軸方向の電流輸送はCuO_2層間のジョセフソン結合が支配的であり,特に異方性の強いビスマス系酸化物高温超伝導体などでは微細加工によってc軸方向の電流経路を制限してやると超伝導体(S)-絶縁体(I)-超伝導体(S)の積層構造を反映したSISジョセフソン接合が多数積層した電流-電圧特性が観測され,固有ジョセフソン接合あるいは積層固有ジョセフソン接合と呼ばれている。結晶構造に由来する積層ジョセフソン接合では,超伝導層が極めて薄いために接合間の磁気結合が極めて強く,磁束量子を伴うジョセフソン・ボルテクスの振る舞いが従来の接合系とは大きく異なる。本研究では,ビスマス系銅酸化物高温超伝導体の固有ジョセフソン接合におけるジョセフソン・ボルテクスのダイナミクスとそれに付随する量子機能性を磁気的に強結合した積層ジョセフソン接合における磁束量子密度波(Vortex Density Wave : VDW)との関連付けて明らかにすることを目的にしている。そこで固有ジョセフソン接合に磁場を印加した際にボルテクスが接合電流によるローレンツ力を受けて運動するフラックスフロー現象に着目し,フラックスフロー状態の固有ジョセフソン接合にミリ波を照射したときの応答特性の実験結果と結合サイン・ゴルドン方程式にジョセフソン・ボルテクスの周期的ピニング効果を織り込んだ数値シミュレーションの結果を比較,検討した結果,次のような結論を得た。 1.周期的ピニングポテンシャルを導入した固有ジョセフソン接合においては,ボルテックスが全ての積層ジョセフソン接合にわたってコヒーレントに運動する。この状態で,ミリ波により一方の接合端に高周波交番磁界を印加するとシャピロステップに極めて類似した振る舞いを示す高周波誘導ステップが現れる。 2.ピニング・フリーの固有ジョセフソン接合をフラックスフロー状態とし,ミリ波により一方の接合端に高周波交番磁界を印加することで現れるゼロ交差ステップは,ボルテクス運動が交番磁界に同期することで積層ジョセフソン接合内にVDWが励起した結果と考えられる これらの成果は,周有ジョセフソン接合内を運動する磁束量子(フラクソン)を利用してマイクロ波やミリ波の増幅,発振が可能であることを示唆しており応用上有用な知見である。

  • 基盤研究(A),1995年04月 ~ 1998年03月,シリコンを基板とする高温超伝導ミリ波・サブミリ波帯検出器

    高温超伝導体を利用した超低損失伝送線路、超高感度検出器などミリ波・サブミリ波デバイスは、比較的簡便な冷却シテスムで利用可能であり、情報通信量の増大に対処するための超高速通信システムへの応用が期待される。また、従来の超伝導体にない層状構造に由来する特徴的な高周波特性を利用した新しい高周波デバイスへの応用も可能である。本研究では、シリコン単結晶を基板とするYBCO高温伝導薄膜粒界ジョセフソン接合をミリ波・サブミリ波帯の電磁波検出器に応用するための基盤技術の開発を目的とした。その結果、YBCO粒界ジョセフソン接合(GBJJ)の臨界温度 Tc,I_c,I_cR_N 積の向上により高温(70K)動作で初めて2.525TH_z 信号のビデオ検波に成功した。さらに、GBJJに微弱な直流磁界を印加することによりマイクロなみからミリ波・サブミリ波にわたる極めて広い周波数流域の高周波信号に対する応答(シャピロステップ)が協調されることを見出した。これは、GBJJを用いた広帯域スペクトロメ-タを実現する上で極めて有用な知見である。また、GBJJを用いてハ-モニック・ヘテロダインミキシング実験を行い、fs=2.525THzのサブミリ波信号とfLO=19.4176268GHzのマイクロ波局部信号に対して130次のハ-モニックミキシング出力(中間周波出力)を得た。このときIF信号対雑音信号比(S/N)は約20dB、スペクトル分解能は100KHzであった。S/Nは、高周波回路の最適化により更に改善が見込まれる。GBJJを用いたミリ波・サブミリ波ハ-モニック・ヘテロダインミキシングの高スペクトル分解能が確認し、ビデオ検波による広帯域スペクトロスコピ-と併せ、当該スペクトル領域の高精度スペクトロメ-タ-の実用化が可能であることを示した。

  • 一般研究(C),1994年04月 ~ 1995年03月,結晶粒界の機能性を利用した高温超伝導三端子デバイスの研究

    酸化物高温超伝導体の特徴である低キャリア密度と短コヒ-レンス長から期待される電界効果は、入出力分離に優れた超伝導三端子デバイスへの応用にとって有望であるが、その実現のためには膜厚数nmの高品質超薄膜、高誘電率絶縁層の開発など解決すべき問題点が数多く残っている。一方、YBCOなどの傾角粒界は、ジョセフソン接合として機能するだけでなくその局所的なキャリア密度の低さから単結晶粒子内部に比べて大きな電界感受性が期待できる。 本研究では、YBCO薄膜の人工粒界における電界効果について調査・研究を行い、以下のような知見を得た。 超伝導状態のYBCO粒子に挟まれた常伝導状態の人工粒界を流れる常伝導電流に対する電界効果から粒界のキャリア密度2〜5×10^<20>cm^<-3>とYBCO粒子内部に比べて一桁低く大きな電界変調が得られることを明らかにした。これは、粒界の電界効果チャネルとしての有用性を示す結果である。 ジョセフソン接合として機能する人工粒界接合における直流・交流ジョセフソン電流に関する電界効果として臨界電流I_Cと粒界の共振周波数の変化を観測した。前者についてはSNS接合モデルに基づいて電界による粒界のキャリア密度変調によって定性的に説明できることを示した。後者に関しては、MIS絶縁層に用いたSTOの誘電率-電界依存性を反映した粒界の実効誘電率e^<eff>_r/dの変化が原因であると結論した。e^<eff>_r/dの電界変調は粒界接合を利用したフラックス・フロ-発振器(FFO)において粒界内の電磁波の位相速度の制御に応用できるものと期待される。

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研究発表 【 表示 / 非表示

  • Applied Superconductivity Conference (ASC2010),国際会議,2010年08月,Boston, USA,Development of twin slot dipole antenna integrated YBCO grain boundary Josephson junction detectors for 0.2 to 1 THz,ポスター(一般)

  • Applied Superconductivity Conference (ASC2010),国際会議,2010年08月,Boston, USA,Resonance effects on coherent flux-flow of Bi-2212 intrinsic Josephson juncti,ポスター(一般)

  • The 7th International Symposium on Intrinsic Josephson Effects and Plasma Oscillations in High-TC Superconductors (PLASMA 2010),国際会議,2010年04月 ~ 2010年05月,Hirosaki, Japan,Internal and external resonance effects on the flux-flow properties of Bi-2212 intrinsic Josephson junctions,口頭(招待・特別)

  • International Conference on Superconductivity and Magnetism (ICSM2010),国際会議,2010年04月,Antalya, Turkey,Novel features of vortex motion in Bi-2212 intrinsic Josephson junctions effected by resonance effects,口頭(招待・特別)

  • International Conference on Superconductivity and Magnetism (ICSM2010),国際会議,2010年04月,Antalya, Turkey,Design and fabrication of superconducting transmit filter using Gd-Ba-Cu-O bulks,口頭(一般)

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学会・委員会等活動 【 表示 / 非表示

  • 日本セラミックス協会,日本セラミックス協会学術論文誌編集委員,1995年04月 ~ 1997年04月

  • 日本学術振興会第146委員会(超伝導エレクトロニクス),委員,2000年04月 ~ 継続中

  • 応用物理学会,学会誌編集委員,2004年04月 ~ 2006年03月

  • 日本学術振興会第136委員会(将来加工技術),委員,2004年04月 ~ 継続中

  • 低温工学協会,企画委員,2004年04月 ~ 継続中

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学外での活動(高大・地域連携等) 【 表示 / 非表示

  • 山形大学工学部公開講座,2010年08月

    電気エネルギーを生み出す最新技術
    エネルギー・環境問題の解決に向けた超電導応用技術の動向

相談に応じられる分野 【 表示 / 非表示