二次元プラズモンの共鳴現象を用いたテラヘルツ光源・検出素子の先駆的研究のデバイス技術には本質的な物理限界（THz ギャップ）が存在し，その克服が焦眉の課題であった．
受賞者は，独自の新材料・新原理・新構造の導入・考案によるブレークスルーによって，室温動作が可能な集積型の高強度 THz 光源及び高速・高感度 THz 検出素子を開発し，上述のTHz ギャップの克服を果たした．第 1 に，トランジスタ内に凝集した二次元電子集団の荷電振動量子である二次元プラズモンが室温下でもTHz 帯で共鳴することを，独自の赤外レーザ二光波混合法により，世界で初めて実証した (1)．これは M Dy受賞者

尾辻泰一

akonov M Shur による理論発見 (2) を実証したもので，本研究の礎を築いた成果として学術的価値が極めて高電波と光波の遷移域に位置するテラヘルツ（THz）

い．第 2 に，光学励起グラフェンの THz 利得発現・誘波は，被ばく危険性のないイメージング・物質同定や次世代超高速無線通信：6G，7G など，Society 5 0 の実現導放出の理論発見と実証 (3) (4)，及びグラフェンプラズに必須の未開拓周波数資源である．しかしながら，従来た (5)（図 1）．更に，それらの成果を基に THz レーザ素(2)

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モンの THz 巨大利得作用の理論発見と実証に成功し

電子情報通信学会誌 Vol 105 No 7 2022

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図1

図2

グラフェンプラズモンの不安定性を利用した THz 増幅及びレーザトランジスタの実現化合物半導体ヘテロ接合量子井戸内二次元プラズモンの非線形整流作用を利用した高速高感度 THz 検出器の実現子の創出に挑み，独自の分布帰還形デュアルゲート構造確認されている (8)．これらの先駆的業績により，受賞者を有するグラフェントランジスタレーザ素子を試作し，は文部科学大臣表彰科学技術賞をはじめ関連する著名な100K 動作において電流注入による単一モード・コヒー

学会や国際会議において数多くの賞を受賞している．第レント THz 発光と広帯域 THz 増幅自然放出発光に成

4 に，上記 ADGG 構造をグラフェントランジスタに応功した (6)．グラフェンの THz レーザ応用への道を開く

用し，直流電圧を印加するだけでグラフェンプラズモン画期的成果である．第 3 に，プラズモンの光整流作用と不安定性を励起し，室温動作においてもグラフェン内電不安定性の高効率な発現に有効な非対称二重回折格子子が THz フォトンと直接相互作用して得られる理論限ゲート（ADGG）と呼ばれる新たな素子構造を考案し，界を 4 倍も上回る THz 利得増幅作用の実証に世界で初

InP 系ヘテロ接合量子井戸構造を用いたトランジスタ素めて成功した (9) (10)（図 1）．これは，グラフェン THz子を試作し，ショットキーバリヤダイオードによる従来レーザの発振しきい温度向上と高利得化のブレークスの記録を一桁以上上回る高感度をより優れた低雑音性能ルーとして室温・高強度 THz レーザ実現に資する先駆(7)で実現した （図 2）．同素子の高速 THz 無線通信や安的業績であり，次世代 6G，7G 超高速無線通信用光源・心安全用途の被接触非破壊イメージング等への有効性が検出デバイス技術の新たな地平を開く極めてインパクト

業績賞贈呈

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の高い成果である．
以上のように，受賞者の業績は極めて顕著であり，本会業績賞にふさわしいものである．
文()

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献

T. Otsuji, M. Hanabe, and O. Ogawara, “Terahertz plasma wave
resonance of two-dimensional electrons in InGaP/InGaAs/GaAs highelectron-mobility transistors,” Appl. Phys. Lett., vol. 85, no. 11, pp.
2119-2121, 2004.
M. Dyakonov and M. Shur, “Shallow water analogy for a ballistic field
effect transistor : New mechanism of plasma wave generation by dc
current,” Phys. Rev. Lett., vol. 71, no. 15, pp. 2465-2468, 1993.
V. Ryzhii, M. Ryzhii, and T. Otsuji, “Negative dynamic conductivity ofgraphene with optical pumping,” J. Appl. Phys., vol. 101, no. 7, pp.
083114-1-4, 2007.
T. Otsuji, S.A. Boubanga Tombet, A. Satou, H. Fukidome, M.
Suemitsu, E. Sano, V. Popov, M. Ryzhii, and V. Ryzhii, “Graphenebased devices in terahertz science and technology,” J. Phys. D, Appl.
Phys., vol. 45, no. 30, pp. 303001-1-9, 2012.(invited)
T. Watanabe, T. Fukushima, Y. Yabe, S.A. Boubanga Tombet, A.
Satou, A.A. Dubinov, V. Ya Aleshkin, V. Mitin, V. Ryzhii, and T.
Otsuji, “The gain enhancement effect of surface plasmon polaritons on
terahertz stimulated emission in optically pumped monolayer graphene,” New J. Phys., vol. 15, no. 7, pp. 075003-1-11, 2013.

(4)

電通会誌7月̲10̲業績賞贈呈.mcd Page 4(6) D. Yadav, G. Tamamushi, T. Watanabe, J. Mitsushio, Y. Tobah, K.
Sugawara, A.A. Dubinov, A. Satou, M. Ryzhii, V. Ryzhii, and T.
Otsuji, “Terahertz light-emitting graphene-channel transistor toward
single-mode lasing,” Nanophotonics, vol. 7, no. 4, pp. 741-752, 2018.
(7) T. Otsuji, T. Watanabe, S. Boubanga Tombet, A. Satou, W. Knap, V.
Popov, M. Ryzhii, and V. Ryzhii, “Emission and detection of terahertz
radiation using two-dimensional electrons in III-V semiconductors andgraphene,” IEEE Trans. Terahertz Science and Technology, vol. 3, no.
1, pp. 63-71, 2013.
(8) W. Knap, M. Dyakonov, D. Coquillat, F. Teppe, N. Dyakonova, J.
Lusakowski, K. Karpierz, M. Sakowicz, G. Valusis, D. Seliuta, I.
Kasalynas, A. El Fatimy, Y.M. Meziani, and T. Otsuji, “Field effecttransistors for terahertz detection : physics and first imaging applications,” Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves, vol. 30,
no. 12, pp. 1319-1337, 2009.
(9) S. Boubanga-Tombet, W. Knap, D. Yadav, A. Satou, D.B. But, V.V.
Popov, I.V. Gorbenko, V. Kachorovskii, and T. Otsuji, “Roomtemperature amplification of terahertz radiation by grating-gategraphene structures,” Phys. Rev. X, vol. 10, no. 3, pp. 031004-1-19,2020.
(10) S.A. Boubanga-Tombet, A. Satou, D. Yadav, D.B. But, W. Knap, V.V.
Popov, I.V. Gorbenko, V. Kachorovskii, and T. Otsuji, “Paving theway for tunable graphene plasmonic THz amplifiers,” Front. Phys.,vol. 9, pp. 726806-1-10, 2021.(invited, review)

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