論文の概要: Terahertz source-on-a-chip with decade-long stability using layered superconductor elliptical microcavities

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.22811v1
• Date: Sat, 28 Jun 2025 08:26:13 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-07-01 21:27:53.582875
• Title: Terahertz source-on-a-chip with decade-long stability using layered superconductor elliptical microcavities
• Title（参考訳）: 層状超伝導体楕円形マイクロキャビティを用いたテラヘルツソースオン・ア・チップの10年安定性
• Authors: Mingqi Zhang, Shungo Nakagawa, Yuki Enomoto, Yoshihiko Kuzumi, Ryuta Kikuchi, Yuki Yamauchi, Toshiaki Hattori, Richard A. Klemm, Kazuo Kadowaki, Takanari Kashiwagi, Kaveh Delfanazari,
• Abstract要約: コヒーレント、連続波、電気的に調整可能なチップスケールテラヘルツ(THz)源は、センシング、イメージング、分光、通信、空間、量子技術における新たな応用に不可欠である。 ここでは, 高温超伝導体を積層した高温超伝導体をベースとした高強度ソースオンチップTHzエミッタを試作し, 11年を超える前例のない運転寿命でコヒーレント発光を持続できることを示した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.1818402769023554
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Coherent, continuous-wave, and electrically tunable chip-scale terahertz (THz) sources are critical for emerging applications in sensing, imaging, spectroscopy, communication, space and quantum technologies. Here, we demonstrate a robust source-on-a-chip THz emitter based on a layered high-temperature superconductor, engineered with an elliptical microcavity and capable of sustained coherent emission over an unprecedented operational lifetime exceeding 11 years. This compact THz source operates up to 60 K, with Tc= 90 K, delivering stable radiation in the 0.7-0.8 THz range, with on-chip electrical tunability from 100 GHz to 1 THz. Coherence arises from the phase-locked oscillation of intrinsic Josephson junction arrays, resonantly coupled to transverse electromagnetic modes within the cavity, analogous to a laser cavity, yielding collective macroscopic oscillations. THz emission remains detectable across a 0.5 m free-space open-air link at room temperature. We analyse the cavity-mode structure and extract THz photon generation rates up to 503 photons fs-1 in cryogenic conditions and 50-260 photons ps-1 over-the-air. These results establish long-term coherent THz emission from superconductors and chart a viable path toward scalable, tunable, solid-state coherent THz laser-on-a-chip platforms, especially for future classical and quantum systems.
• Abstract（参考訳）: コヒーレント、連続波、電気的に調整可能なチップスケールテラヘルツ(THz)源は、センシング、イメージング、分光、通信、空間、量子技術における新たな応用に不可欠である。 ここでは, 高温超伝導体を積層した高温超伝導体をベースとした高強度ソースオンチップTHzエミッタを試作し, 11年を超える前例のない運転寿命でコヒーレント発光を持続できることを示した。 この小型のTHz源は60 Kまで動作し、Tc=90 Kは0.7-0.8 THzの範囲で安定した放射線を供給する。 コヒーレンスは、固有のジョセフソン接合配列の位相同期振動から発生し、共振器内の横電磁モードと共鳴的に結合し、レーザーキャビティに類似し、集合的なマクロな振動をもたらす。 THzの放射は、室温で0.5m自由空間のオープンエアリンクで検出できる。 我々は、空洞モード構造を分析し、低温条件下では503光子fs-1、大気上では50-260光子ps-1までTHz光子生成率を抽出する。 これらの結果は超伝導体からの長期コヒーレント THz の放出を確立し、特に将来の古典的および量子システムにおいて、スケーラブルでチューニング可能な固体コヒーレント THz のレーザーオン・ア・チッププラットフォームへの有効な経路を図示した。

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