阪井　清美

　超伝導体は現在のところ、温度30K以下に臨界温度を持つ、いわゆる金属系超伝導体と、約160K以下に臨界 温度を持つ、酸化物の高温超伝導体に分かれる。前者の代表選手がニオブ（Nb）とか窒化ニオブ（NbN）であ り、後者の代表選手がイットリウム・バリウム・酸化銅（YBa2Cu3O7-δ通称YBCO）である。
　これらの超伝導体と、ミリ波やサブミリ波といった電磁波との相互作用の研究もまた、少なからぬ年月に 亘って研究され、利用もされてきた。そのような相互作用を表す専門用語の、交流ジョセフソン効果、シャ ピロステップ、準粒子ステップなどの言葉を一度くらい耳にした人もおられることと思う。このような相互 作用は、コヒーレントな電磁波との相互作用で量子効果が現れる。これまで、実用的な見地からは、主に金 属系の超伝導体と高周波の電磁波との相互作用についての技術開発が行われ、現在では1テラヘルツ（1THz， 1秒に1兆回の繰り返し）近くまで使えるようになっている。高周波での利用ということでは、臨界温度が高 い程有利で、その意味では高温超伝導体は有望であるが、コヒーレンス長（対を組む電子相互間の距離）が 短いこととも関連して、実用的なデバイスを作る上で多くの問題を残している。

逆の発想
　今回の成果に到る過程には、次のような経緯があった。昨年のCRLニュース12月号（No.225）には、半導体 によるテラヘルツ電磁波発振の話を書いた。この場合は、発振用デバイスに超高速光スイッチ部を設けてお き、その部分に、フェムト秒レーザーから発振する光パルスを使って、80フェムト秒（1 fs 千兆分の1秒） という極めて短い時間だけ光をあてて瞬間的に電流を流し、そのことによってテラヘルツ電磁波を発生させ たのであった。つまり電流が零の状態から電流が流れる状態への移行が電磁波発振につながる。この半導体 発振器を開発することで数人が集まって話をしていた時、半導体の逆をやってみても電磁波が発振するので はないかという意見が出された。高温超伝導体でデバイスを作り、臨界温度以下に保って超伝導電流を流し ておく。これに先程の80フェムト秒の光パルスをあてて励起し、超伝導状態を破って常伝導状態に戻し、そ の時の電流変化によってテラヘルツ電磁波を発生させるというストーリーである。それ以上のことは考えず、 先ずデバイスを作って実験をやりはじめたが、いきなりテラヘルツ電磁波の発振が確認された。通常の研究 の進め方と逆であるが、発振が確認されてから、文献調査をして必要な情報を得ていくと、いろんな好条件 が重なっていたことが分かってきた。先ず高温超伝導体が、可視光に対して50％程度の吸収があることであ った。完全反射体になっていたら成功していなかっただろう。次に光パルス励起で、超伝導状態が瞬時に常 伝導状態に移行し、散乱されて電流か減衰する時間が、予想通り非常に速く1ピコ秒（1 ps 1兆分の1秒）以 下であったこと、そして高温超伝導デバイスがすぐ作製出来て、このような計測が完壁な形で行える状態に あったことである。

図1　高温超伝導デバイスからのテラヘルツ電磁波発振及び半導体デバイスによる受信システム

高温超伝導薄膜からのテラヘルツ電磁波発振
　電磁波発振・検出システムは、発振器以外は、半導体デバイスによる電磁波発振・受信のそれと同じもの を使用した（図1）。発振デバイスそのものは0.5mm厚のMgO基板上に、70nm位の厚さのYBCO薄膜をレーザー アブレーションにより成膜し、その上でダイポール状或いはボウタイアンテナ形状にデバイス化したものを 使用した。図2は、微小ダイポールアンテナを持つ、実際に実験に使用したデバイスの顕微鏡写真である。 デバイスは臨界温度（この場合約73K）以下に保つ必要があることから、循環式の極低温冷却装置内にセット し、定電流源から超伝導電流を流した状態で、臨界温度以下の希望する温度に設定した。そのうえで、フェ ムト秒レーザーからのパルス光を、外部から、光学窓を通してくびれた部分に照射し、電流変化を作ってテ ラヘルツ電磁波パルスを発振させた。発振した電磁波パルスは、2つの放物面鏡によりコリメーション（平行 ビームを作る）と集光を行い、受信器に入射させる。受信器の方は、半導体で作製したものを使用した。 半導体受信器は光伝導スイッチと呼ばれる間隙を持つ。発振器を照射するレーザー光からその一部を取り出 して時間遅延をかけた上で、この間隙を照射する。すると光があたった極めて短い時間だけ回路が閉じ、そ の時入射する電磁波の電界により電流が流れる。この電流の大きさが入射電界に比例する。遅延時間を変え ながらデータを取得していくと、元の発振電磁波の波形を再現することが出来る。こうして得られたパルス 波形にフーリエ変換という数学的処理を施すと、周波数と電界の振幅の関係が図3のように得られる。図3の スペクトルから、発生した電磁波パルスは、約0.5THzで最大出力を持ち、2THz以上の周波数成分を含む広帯 域電磁波であることが分かる。周波数成分としては、冷却装置の光学窓材に使われている溶融石英による、 高周波側での減衰が大きく寄与しており、システムの改善により、周波数の上限は更に高くなることが期待 される。このような電磁波の発生は、これまでの電磁波発生に対し、次のような特長を持つ。1つは広帯城で あること、2つ目は超伝導体からの発振では、これまで考えられなかった2THzというような高周波が発振して いること、3番目は可視光との相互作用により数THzの電磁波が発振したことであろう。さて、ここまでくる と、金属で同型のデバイスを作り、それにレーザーパルスをあてても発振するのではないかという淡い期待 が生まれる。それでその事も、実際にデバイスを作って実験してみたが、この方は見事に失敗に終わった。
　高温超伝導体によるテラヘルツ電磁波発振の研究は、緒についたばかりであるが、発振器として実用に向 けた研究のみならず、発振電磁波から得られる情報によって、高温超伝導発現のメカニズムを探る事も興味 をひくものがある。

図2　微小ダイポールアンテナ形、高温超伝導発振器の顕微鏡写真．
中央部にレーザー光をあてると電磁波を発振する．

おわりに
　今回、このようなオリジナリティーに富む成果を挙げることが出来た背景を考えると、色々好条件がそろ っていた。先ず、半導体デバイスを使ったTHz電磁波発振・受信に成功し、そのシステムをそのまま使える 状態にあったこと。そして、超伝導に対して深い知識を持った共同研究者が近くに居たことである。各々の 得意なところを持ち寄って、うまく研究協力が出来た。第3特別研究室、コヒーレンス技術研究室、超電導研 究室そして阪大超伝導エレクトロニクス研究センターの協力のもとに、実を結んだことを最後に記しておく。

（関西支所第三特別研究室）

高橋　耕三

2．当所の地口前兆，界の観測
　多くの前兆電界の観測例はあったが、地震発生と同期した観測例は無かった。このような状態で、1994年 10月4日に観測史上最大の地震、北海道東方沖地震（M=8.1）が発生し、当所と防災科学技術研究所共同の7箇 所の全観測点、大島（東京）、千倉・勝浦（千葉）、昭和（山梨）、波崎・筑波（茨城）、粟野（栃木）で、 地中の電界観測装置の1〜9kHz帯で、人工雑音・近接雷を除いて、最大の電界変動が地震発生と同期して観測 された。また、0〜0.7Hz帯では、地震動（観測点での地震による揺れ）と同期した電界変動が観測された。 これまで、地震発生時に電界変動が観測されなかった理由は検波器の時常数が大きすぎたためであること、 地震動に伴う電界変動が常時は観測されなかったのは受信機の帯域幅が狭すきたためであること、地震時及 びその前後に、パルスバーストが発生し（図1参照）、個々のパルスの幅は約4msであることが分かった。そ の後、RFでの波形・スペクトルが観測され、個々のパルスはWave Packetであることか明らかになった。

3．地震前兆電界の発生メカニズム
　地震前の地殻の応力・歪の変化に伴いピエゾ電気やピエゾ磁気が発生し、地電流の変化・電波の放射が起 きると定性的には考えられるが、この考えは、理論・実験・観測で定量的に否定されている。

　発生メカニズムとして次の2種類が考えられる。

　（1）Passive Mechanisim
地震前の震源域では、地殻の比抵抗の急減が観測され、岩石の破壊実験でも、崩壊前の比抵抗の急減が観測 されている。比抵抗の急減は、崩壊前の徴小亀裂（Crack）の発生と同期しており、微小亀裂面（Fresh Surf ace）が良導体となることによる。理由は、岩石中の互いに孤立していた空隙水が亀裂により連なるためであ る。また、亀裂により、亀裂面上に自由電子と正孔が発生して、良導体となることも考えられる。
　地震前の震源域の抵抗が急減すれば、そこを流れている地電流は急変し、電界変動の発生源となる。

（2）Active Mechanisim
上述の様に、岩石の崩壊前に、自由電子と正孔が発生すれば、岩石は半導体であるから、自由電子と正孔の 拡散速度が異なり、亀裂面が帯電し、電圧が発生する。この原理は、太陽電池の起電力と同じで、違いは、 励起エネルギーが機械的か光かだけである。
　地震前兆と言われる�@荷電エアロゾルの発生、�A発光（夜光）、�B地下水の水素ガス濃度の増加、�C電離 層擾乱は、帯電で説明できる。�@は荷電粒子の地殻の亀裂からの噴出、�Aは噴出した荷電粒子の中和、�Gは 帯電による水の電気分解、�Cは帯電の電界による電離層の擾乱（Luxemburg Effect）であろう。

4．当所の電磁波による地震予知の研究計画
　地震前兆の電磁界が震源域で発生するのならば、発生源を同定して、地震の規模・場所・日時を予知でき る。雷の発生場所の同定と同じ様に、50km程度離れた4箇所以上で電磁界を同時に受信し、受信時刻差に対応 する伝搬距離差が一定の点の軌跡である双曲面を描き、波源を3個の双曲面の交点として求める。波源の位置 のほか、発生強度も相関強度から算出する。これまでの観測データは、マグニチュウド、震度が共に6以上の 地震は、震源域を誤差10km程度、マグニチュウドを誤差1以下で1時間以上前に下記の方法で予知できること を示している。

＊震源域は電磁界の発生領域とする。
＊マグニチュウドは、パルスの発生領域の広さ・発生数（総数）・発生頻度（時間率）から算出する。

　観測では、1時間では、上記のパルスの頻度（図1参照）は、30倍以上は変わっていないため（地震のエネ ルギーが31.6倍のとき、Mが1増える）、Mの予測値が5になったとき、電磁界の発生領域で、1時間後以降に、 Mが5〜6の地震が起きると予知する。以後、Mの予測値が変わり、大きくなれば、その都度、それに応じて予 知するMを大きくして行く。この様にして行けば、誤差1以下で、Mが6以上の地震は、1時間以上前には予知で きることになる。当室では、上記の方法で、震度6以上の地震は、震源域とマグニチュウドを1時間以上前に 定量的に予知できるシステムの開発を目指している。

（標準計測部時空技術研究室）

各務　浩二

（企画部企画課広報係）

斉藤　義信

　総延長3000km余。これは東京（小金弁市の本所）を中心に北は北海道（稚内市）から南は沖縄（中頭郡中 城村）まで、点在する支所・センタ・観測所を結ぶCRL（通信総合研究所）ネットワークの長さです。各所 ではLAN（Local Area Network）がはられ、それらはWAN（Wide Area Network）によって結ばれています。
　このCRLネットワークは、1986年たった2研究室間のEthernetから始まりました。そして、当初からJUNETに 参加し外部とのつながりを重視してきました。その後、1990年のCSnet、1991年のWlDE、TlSNとの接続、と矢 継ぎ早の外部接続の拡充と共に利用がのびてきました。さらに、ここ数年で多くの機能拡充が行われていま す。その主な例としては、

　・トラフィック対策と管理分散化のためのサブネット化
　・FDDI（伝送速度100Mbps）導入による基幹LANのスピードアップ
　・フレームリレーの採用によるWAN（本所一関西間）の効率的な運用
　・高速外部接続（IMnetと6Mbpsで接続）

などをあげることができます。さらにメールサーバ、ニュースサーバ、ファイルサーバといったネットワー ク利用に欠かすことのできない各種サービス用サーバが、構築運用されています。
　そしてインターネットとも接続し、利用方法においてもシームレスな利用環境をめざして、以下のような サービスを提供しています。

　�@電子メール：個人対個人のメール交換の他に、メーリングリストを使った同報メールが使用できます。 電子メールは、相手の都合（会議中や不在時など）を気にすることなく送信でき、受信したメールは好きな 時に読むことができる、といったメリットがあります。また、業務のペーパーレス化等にも有効であること から、その利用を推奨しています。
CRLのメールアドレスの基本体系は、
＜******@Crl.go.jp＞
となっており、******の部分に個人名あるいは部署名等のアドレス名が付けられています。

　�Aネットニュース：ニュースといっても、特定の放送局があるわけではありません。利用者各人の提供す る情報が記事として見ることができる電子掲示板の一種です。その内容は仕事上のお知らせ、生活や趣味の 情報、はてはジョークに至るまで多岐にわたっています。これら多くの記事は話題毎に“ニュースグループ” と呼ばれるグループに分類され、CRLでは現在、crl.announce、crl.chat、crl.common、crl.netcomp、 crl.testの5ニュースグループがあります。ニュースグループは、必要に応じて作成されます。また、所外の ニュースグループもインターネット経由でCRLに配送され、購読可能です。

　�B遠隔操作：他のコンビュータに接続し、そのコンピュータを利用する機能です。CRLネットワークに接 続されているスーパーコンピュータやクライアント／サーバ型の共用マシンをネットワークを介して使用し、 シミュレーション、データ解析、計算結果の可視化などを行うことができます。

　�Cファイル転送：遠隔地にあるコンピュータのファイルを自分のコンピュータにコピーしたり、 ディレクトリの表示、ファイル削除をローカルにあるコンピュータから実行する機能です。CRLでは所内向け のファイルサーバを整備すると共に、所外向けAnonymous FTPサービスを行っています。

　�DWWW：CRLでは、今話題のWWW（World Wide Web）が運用されています。このサービスには、所内の情報化 のためのデータベースとしてのサーバと、所外に向けてオープンな情報提供用のサーバという2種類運用され ています。このWWWをアクセスするためのクライアントソフトとしては、現在Netscape Navigatorが使い勝手 の面から評判のようです。CRLのホームページはhttp://www.crl.go.jp1/で見ることができますので、一度ご 覧ください。

　�E時刻同期：日本標準時はCRLが保持していますが、ネットワーク上のコンピュータの時計をこれに同期さ せるための実験サーバも運用されています。現在、インターネットに対しても、この時刻同期サービスを開 始すべく、共同研究が進行しています。
これらの利用状況を1日の例で見ると、メール3000通以上、WWWアクセスは約1000アクセスにものぼっていま す。今後、ネットワークの利用は、

　・telnet、FTP、ニュース、情報検索の機能を包括したソフトの登場
　・ネットワークを利用した共同研究の増加
　・ネットワークヘの接続端末の急激な増加
　　（4年間で200台から1200台へと6倍増）

といった背景から、さらなる増加が見込まれています。このような状況に対応するため、担当部署としては 利用範囲の拡大、使い勝手の改善、情報の提供などに日夜努力しているところであり、今後とも皆さんのご 協カをお願いします。

（企画部技術管理課）

今井　雄司

（企画部　技術管理課　出版係長）

図1　CRLジャーナル　SGMLマークアップの例

井佐原　均

総合通信部超高速ネットワーク研究室長

北山　研一

今日もビールがうまいゾ…

総合通信部映像情報研究室長

飯作　俊一