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「仮想実験」で特許が成立、最新シミュレーション技術の威力
シミュレーションの結果を提出しても、特許庁は実施例と同等のものとは認めてくれないので、現在の特許庁実務ですので、なかなかショッキングなタイトルです。
この分野の技術には詳しく有りませんせんが、おそらく、比較的予測可能性が高い分野で、実施例が無くても、特許が認められる可能性があったものなのではないかと思います。
予測可能性が低い化学やバイオの分野では、予測を超えた結果が得られるから特許が認められるものであり、既知の理論に基づいて設計されるシミュレーションとは相容れないものがあると思います。
【特許番号】特許第４５５８３５０号
【請求項１】
超伝導層と絶縁体層とが第１の方向に積層された高温超伝導体を用いて連続テラヘルツ電磁波を発生させる方法であって、
前記高温超伝導体が超伝導状態になる臨界温度以下の温度において、前記高温超伝導体に前記第１の方向に対して垂直な方向に外部磁場を加えるステップと、
前記第１の方向に直流電流を流すステップと、
前記絶縁体層の電気抵抗と前記外部磁場の磁束の運動とによる誘導起電力により前記高温超伝導体に発生される電圧と前記高温超伝導体に流れる電流量とを調整することにより、かつ、前記絶縁体層の層数と、前記超伝導層の層数と、前記第１の方向の磁場の侵入長と、前記外部磁場の侵入長と、前記超伝導層内の電荷の前記第１の方向に垂直な第２の方向への結合定数と、前記絶縁体層の電気抵抗値と、前記外部磁場の強さと、前記直流電流の大きさとの組み合わせを変えることにより、前記第１の方向に縦波成分が少なく節の無いジョセフソンプラズマを発生させ、前記高温超伝導体の端面から前記ジョセフソンプラズマをテラヘルツ周波数帯の連続電磁波として発振させるステップと
を備えることを特徴とする連続テラヘルツ電磁波発生方法。

【実施例】
【００３１】
ここで、高温超伝導体１としてＢｉ2Ｓｒ2Ｃａ Ｃｕ2Ｏ8+δを使った場合の、本発明に係る連続テラヘルツ電磁波発生装置の実施例を、シミュレーション結果を用いて説明する。
【００３２】
シミュレーションは、非特許文献６に記載された事項に基づき、以下の方法により行った。すなわち、高温超伝導体１内のジョセフソンプラズマ現象を記述する基礎方程式群は、電磁場の基礎方程式であるマックスウエルの方程式、高温超伝導体1の超伝導の状態を記述するゲージ不変位相差の式、ジョセフソン電流、及び、絶縁体を流れる常伝導の電流と変位電流を含む全電流の式である。高温超伝導体１の外の物質及び空間における電磁波現象は、マックスウエル方程式で記述できる。この方程式群に対して差分法を適用し、シミュレーションを行った。以下に、シミュレーションの条件を示す。
【００３３】
シミュレーションに使用した連続テラヘルツ電磁波発生装置Ｇにおける高温超伝導体１の寸法を図３に示す。高温超伝導体１は超伝導層４と絶縁体層５とを１００層積層したもので、０．１５μｍの厚さを有する。高温超伝導体１のａ軸方向の長さは１００μｍ、ｂ軸方向の長さは５００μｍである。なお、図を簡略化するため、図３では外部磁場付加装置１４、１４´は省略されている。ａｂ面に垂直な方向への磁場の侵入長は０．４μm、ａｂ面に平行な方向への磁場の侵入長は２００μmである。臨界電流値Ｊｃを５３８Ａ／ｃｍ2とし、超伝導層の厚さは３Å、絶縁層の厚さは１２Å、電荷のｃ軸方向への結合定数は０．１とした。高温超伝導体１の電気抵抗のパラメータβは０．０２と０．０３のつの場合について考察した。絶縁体層５の誘電率は１０であり、ａｂ面に平行に１テスラの強さの外部磁場３を付加した。直流電流２はｃ軸の負の方向に流され、その電流値を臨界電流値Ｊｃで正規化して得た値である０．０１から１．５の間で変化させた。
【００３４】
こうした条件の下で構成された連続テラヘルツ電磁波発生装置Ｇの高温超伝導体1の一方の端面８に密着するように、テラヘルツ波誘導装置１５として、誘電率が１０の誘電体からなる導波管を設置した。高温超伝導体１の温度は２０Ｋに設定した。
【００３５】
上記の条件の下でシミュレーションを行った結果、ボルテクス７はａ軸方向に動き、電磁波が端面８からテラヘルツ波誘導装置１５に放射された。そこで、高温超伝導体１の端面８からテラヘルツ波誘導装置１５の方へ４μｍ離れた位置で電磁波の放射強度をポインティングベクトル（電場と磁場の積）の値として計算したところ、図４に示す放射強度の計算結果を得ることができた。なお、図４の横軸は直流電流2の電流値を臨界電流値Ｊｃで割って正規化した値であり、縦軸は出力（放射強度）であり、一点鎖線はβが０．０２の場合、実線はβが０．０３の場合を示している。このグラフから、直流電流２の広い範囲にわたってミリワット級の出力が得られることを確認することができた。
【００３６】
図５は、高温超伝導体１の電気抵抗のパラメータβが０．０２である場合に、直流電流２の電流値を正規化された値で０．６から０．９５まで変化させたときに高温超伝導体１の端面８から４μｍ離れた位置での電磁波の周波数特性を示している。図５において、横軸は高温超伝導体１から放射される電磁波の周波数であり、縦軸は周波数強度の相対値である。図５に示すように、絶縁体層５の電気抵抗と外部直流電流２とを用いて高温超伝導体１に印加される電圧の強さを変化させることにより、高温超伝導体１から、コヒーレントな周波数特性を有する連続的な電磁波を得ることができ、しかも、高温超伝導体１から放射される電磁波の周波数を容易に且つ連続的に変更することができることが判明した。また、図３に示すように、連続テラヘルツ電磁波発生装置Ｇの核となる高温超伝導体1は微小なものであり、磁場付加装置１４、１４´及び冷却装置１６を集積することによって装置を容易に小型化することができる。