コヒーラ検波器
Channel: 宇宙のすべての知識 プリンシピア
Date: 2019-05-13

コヒーラ検波器, by Wikipedia https://ja.wikipedia.org/wiki?curid=637093 / CC BY SA 3.0

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コヒーラ検波器

コヒーラ検波器（コヒーラけんぱき）は無線通信の黎明期に発明された電磁波検出装置である。1890年、金属粉末の電気伝導性を研究していたエドアール・ブランリーによって金属粉末に高周波が到来すると電気抵抗が激減、直流電流が流れる現象が確認された。この現象をリヴァプール大学教授のオリバー・ロッジが検波器に応用、1894年、王立アカデミーで発表した。現象の発見当時、その現象は高周波により電極と金属粉末同士が「密着する」ためであると考えられ、"cohere"（密着する）から「コヒーラ」と呼ばれるようになった。

普通、一対の金属電極間に金属の粒、粉、小片など（以下金属粉とする）をゆるく挟み込み、絶縁容器などに納めた構造のものをコヒーラという（ブランリー本人はコヒーラではなく、「ラジオコンダクタ」と命名したとされる。実用に供されるものはガラスなどの絶縁管に電極と金属粉を納めた構造のものが一般的であるため、彼の名にちなんで「ブランリー管」ともいう）。通常、コヒーラの電極間の電気抵抗は高抵抗値を示すが、電磁波を受けると電気抵抗が減少、ほぼ短絡状態となり不可逆となる。すなわちコヒーラは電磁波を電極間の電気抵抗値の変化として検出するものである。電極間の電気抵抗が減少して不可逆となる状態をコヒーアという。コヒーアを解除して電極間の電気抵抗値をもとの高抵抗値に復帰させるためには、コヒーラに機械的な振動や衝撃を与える必要がある。コヒーラに機械的な振動や衝撃を与える操作をデ・コヒーアと呼び、機械的な振動や衝撃を与えるをデ・コヒーラという。コヒーラのみをコヒーラ検波器と呼ぶこともあるが、コヒーラとデ・コヒーラは普通、一体として用いられることから、コヒーラとデ・コヒーラをあわせた装置全体をコヒーラ検波器と呼ぶことが多い。

コヒーラの動作は長年、謎あるいは仮説とされていた部分が多く、20世紀末になっても試行錯誤による改良が種々試みられていたが、2017年現在、ほぼその全容が解明されている。

すなわち巨視的には電極間に高周波電力を印加すると、電極と金属粉、金属粉同士の微小な接触部分に生じる電界集中により、それぞれの表面を覆っている、自然に、もしくは人工的に形成された、通常は高い電気抵抗を有するごく薄い金属化合物膜（酸化、水酸化膜など）が電圧により降伏、続いてこの部分に集中する電流によって金属化合物膜が破壊され、下地の金属同士が接合してほぼ短絡状態となることによる。従って高周波電力のみならず、静電気などに対しても動作する。デ・コヒーアにより機械的にこの接合が解除され、もとの高電気抵抗値となる。

また微視的には、コヒーアの開始（導通の開始）はショットキー接合部の格子欠陥によるヒステリシス現象による。すなわち金属化合物膜は微細孔を多く持つ薄膜、すなわち半導体であり、その微細孔の内側表面には多くの格子欠陥があり、集中した電流によって発生する、ショットキー障壁を越えた余分なエネルギーを持つ電子によって、金属化合物の価電子帯から励起された電子がこの格子欠陥部に形成された高密度の界面準位にトラップ、このトラップされた電子の持つ電荷により、ショットキー障壁はトンネル効果の発生する厚さ以下となり、いわゆるトンネルリングスポットを通して通電するようになるためであることがわかった。また微小な接触部分に生じる金属接合についても、従来の仮説（溶着現象）が実験によりほぼ確かめられている。

すなわち永年言われてきた微小な接触部分に生じる「金属溶着」は、導通の結果、二次的に生じるものの、コヒーラの導通開始には関係なく、従って例えば金属と溶着しない非金属導体（炭素など）が電極であってもコヒーア現象は出現するのである。

ニコラ・テスラが1898年に無線操縦の特許を取得してニューヨークのマディソン・スクエア・ガーデンで無線操縦の船舶模型を実演した記録がある。

電極に適する材料は湿度などの環境影響をできるだけ受けないものがよく、金属粉に適する材料は、その表面に環境影響をできるだけ受けない上述の適当な薄膜、すなわちトンネル現象を生じる程度の薄膜を形成するものであり、ニッケル、アルミニウムがその代表とされるが、他に、亜鉛、鉄、さらには真鍮などの合金、その他多くの導電材料で、その現象・動作を確認することができる。

コヒーラの発明当時に他に便利な検波器はなかったため、各国で改良、生産され、無線通信（電信）の実用に広く供された。初期のコヒーラは主として銀電極間にニッケル...