Proje Başlığı :

Özgün Josephson Eklemlerinden Yüksek Güçlü Terahertz Işıması

Özet

Küçük boyutlu, frekansı ayarlanabilir 0.3 ila 3 terahertz (THz) arası elektromanyetik ışıma yapan katı-hal aygıtlarına büyük bir gereksinim vardır. Çünkü, THz dalgalarının uygulama alanları fizik, kimya, tıb, eczacılık ve biyoloji bilimlerini içeren geniş bir alanı kapsar. Süperiletkenlerden oluşan Josephson eklemleri DC voltajını elektromanyetik dalgalara dönüştürebilir. Katmanlı yüksek sıcaklık süperiletkeni Bi₂Sr₂CaCu₂O_8+d (Bi2212), özgün Josephson eklemleri olarak adlandırılan Josephson eklemlerinin doğal yığınlarına sahiptir. Yakın bir zaman önce, Bi2212 tek kristallerinden yapılan mesaların, küçük boyutlu bir kaynak olarak terahertz ışıması (0.85 THz e kadar ve güç 0.5 mW a kadar) yapabildiğini  kanıtladık. Ancak, ışıma gücü pratik uygulamalar için daha yüksek bir düzeyde olmalıdır. Amacımız Bi2212 mesaların sadece ışıma frekansını değil (1 THz üzerine), ayrıca gücünü arttırmaktır (5 mW üzeri). Bu mesa yüksekliğini 2 mm’ye arttırmakla ve mesa genişliğini 20 mm ye azaltmakla yapılacaktır. Ayrıca, bu katı-hal aygıtlarında ışıma gücü tünel akımı ile ilgili orantılı olduğu için, yüksek tünel akımı yüksek beslemede ısınma yaratır ve mesanın yerel sıcaklığını arttırır, bazı durumlarda T_c nin üstüne bile çıkarabilir. Eğer mesada şiddetli sıcaklık artışı varsa, akım-gerilimde geri bükülme (back-bending), uygulanan gerilim rezonans durumuna gelmeden önce meydana gelir. Rezonans durumundaki akımı ayarlamak için Bi2212’nin mümkün olan en optimum doping seviyesi şiddetli bir ışıma için aranacaktır. Önerilen çalışmayla mesanın uzunluğunun THz emisyonunu nasıl sınırlandırdığını anlamayı umuyoruz.  Çünkü, daha yüksek frekans elde etmek için mesaya büyük bir gerilim uygulamalıyız, örneğin 1 THz için 1500 eklem gerekli ve yaklaşık olarak 3 V uygulanmalıdır ve bu durumda sadece küçük bir  sıcaklık artışı kabul edilebilir. Bunlar çözülmesi gereken teknolojik sorunlardır. Bu sorunları çözmek ve Bi2212 mesa örneklerinin elektromanyetik ışımasını bolometre ile incelemek için çeşitli tasarımlarda örnek serilerini üreteceğiz ve ışımayı araştıracağız.

Anahtar Kelimeler:

Özgün Josephson Eklemleri, Yüksek Sıcaklık Süperiletkenler, Terahertz, Süperiletkenlerde Tünelleme.