世界最短グラフェンプラズモン波束の電気的発生・伝搬制御・計測に成功 ～テラヘルツ周波数の超高速信号処理の実現に貢献～

発表のポイント：

世界最短グラフェンプラズモン波束｛パルス幅1.2ピコ秒（ピコ秒＝1兆分の1秒）｝をチップ上で転送することに成功しました。
プラズモンを制御することでテラヘルツ電気信号の位相・振幅を変調することに成功しました。
テラヘルツ電気信号を回路上で制御するための新たな方法を示す成果であり、超高速の信号処理実現に貢献することが期待されます。

　日本電信電話株式会社（本社：東京都千代田区、代表取締役社長：島田　明、以下「NTT」）は、パルス幅として世界最短（1.2ピコ秒）となるグラフェンプラズモン（※1）波束（※2）を電気的に発生・伝搬制御することに成功しました。グラフェンプラズモンを利用することによりテラヘルツ信号の位相・振幅を電気的に制御可能であることを示した本成果は、従来のトランジスタを用いた電気回路技術とは異なる方法でのテラヘルツ信号処理を可能とするものであり、将来的に超高速の信号処理実現に貢献することが期待されます。
　本研究は、国立大学法人東京大学（以下「東京大学」）及び国立研究開発法人物質・材料研究機構（以下「NIMS」）との共同で行いました。2024年7月17日に英国科学誌 Nature Electronics に掲載されました。
　

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1．背景
　光波と電波の中間に位置するテラヘルツ（THz）領域（※3）は長年未開拓領域とされてきましたが、近年の発生技術や検出技術の飛躍的な発達により、自由空間を伝搬するTHz波を使った高速な無線通信やセンシング、イメージングは徐々に社会実装への道筋が見えつつあります。一方、回路中のTHz電気信号の制御技術は未だ発展途上にあり、一般的に集積回路が取り扱うことができる信号帯域はギガヘルツ(GHz)帯で律速されています。これは既存のエレクトロニクス技術の単純な延長には限界があることを示しており、より高速な信号処理を実現するには新しい方法論を模索していくことが必要不可欠です。
　そこで本研究では、THz電気信号の新しい制御技術としてグラフェンプラズモンに着目しました。グラフェンプラズモンはTHz波を極めて小さい領域に閉じ込め、かつ外部から電気的に波長等の性質を制御することができるため、THz波のフィルターやセンサー応用を目指した研究が盛んに行われています。これらの特性を回路中のTHz電気信号でも扱えるようになれば、新しい超高速のエレクトロニクス技術を築くことが可能になります。しかし、そもそも電気的にTHz領域のグラフェンプラズモンを発生・制御できるのか、ということすら明らかになっていませんでした。