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低雑音マイクロ波カイネティックインダクタンス検出器の開発

Publicly

Project AreaThe Physical Origin of the Universe viewed through the Cosmic Background Radiation - from Cosmological Inflation to Dark Ages -
Project/Area Number 24111711
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionNational Astronomical Observatory of Japan

Principal Investigator

野口 卓  国立天文台, 先端技術センター, 教授 (90237826)

Project Period (FY) 2012-04-01 – 2014-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2013)
Budget Amount *help
¥10,920,000 (Direct Cost: ¥8,400,000、Indirect Cost: ¥2,520,000)
Fiscal Year 2013: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Fiscal Year 2012: ¥7,150,000 (Direct Cost: ¥5,500,000、Indirect Cost: ¥1,650,000)
Keywords超伝導体 / 共振器 / 薄膜 / Q値 / 準粒子 / 状態密度 / 超伝導 / マイクロ波 / 緩和時間 / 検出器 / 感度
Research Abstract

超伝導ギャップエネルギの実数部および虚数部を取り込んで Mattis-Bardeen方程式を複素積分化することにより、複素伝導度を計算する方程式の導出を行った。次に、これらの方程式を用いて、超伝導体の表面インピーダンスおよび超伝導共振器の Q 値などが計算できることを示した。さらに、これらの方程式を用いて計算した表面インピーダンスやQ 値と実験値との定量的な比較を行った。Nbの超伝導共振器の Q 値の温度依存性も拡張Mattis-Bardeen方程式による計算値と定量的に一致することが明らかになり、ギャップエネルギの虚数部と低温で飽和する超伝導共振器の Q 値の大きさとの相関も明らかにすることができた。これらの結果は拡張 Mattis-Bardeen 方程式の有用性を示しており、計算値と測定値の定量的な比較を可能にするものである。
超伝導薄膜共振器のQ値の増加の低温での飽和は、基板の絶縁体中あるいは超伝導体と誘電体との界面に存在する孤立準位へのマイクロ波による準粒子の共鳴遷移が支配的になるためと考えられてきた。この解釈を検証するため、Al/Nb 積層膜の超伝導共振器を作成し、そのQ値の温度依存性を調べた。その結果、Al/Nb 積層膜の超伝導共振器のQ値の温度依存性は、 AlまたはNb超伝導薄膜共振器のQ値の温度依存性と全く異なり、両者の中間的な温度依存性を示すことが明らかになった。また、Al/Nb 積層膜における低温でのQ値の飽和値もAlとNb超伝導薄膜共振器のQ値の飽和値の中間の値を示すことがわかった。研究代表者らは、拡張Mattis-Bardeen方程式を用いて共振器のQ値の温度依存性を計算し、測定値のフィッティングを行った。低温で飽和を示すAl/Nb超伝導共振器の Q 値の温度依存性は、有限の大きさのギャップエネルギの虚数部を仮定して、拡張 Mattis-Bardeen方程式を用いて求めた Q 値の温度依存性で良く説明できることが判明した。

Current Status of Research Progress
Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2013 Annual Research Report
  • 2012 Annual Research Report

Research Products

(13 results)

All 2014 2013 2012

All Journal Article Presentation

  • [Journal Article] Contribution of quasiparticles in the subgap states to the surface impedance of superconductors2013

    • Author(s)
      T. Noguchi, M. Naruse and Y. Sekimoto,
    • Journal Title

      IEEE Trans. Appl. Supercond.

      Volume: 23 Pages: 1501404-1501404

    • DOI

      10.1109/tasc.2013.2240761

    • Related Report
      2013 Annual Research Report 2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Beam Pattern Measurement of Miillimeter-Wave Kinetic Inductance Detector Camera with Direct Matched Silicon Lens Array2013

    • Author(s)
      T.Nitta, M.Naruse, Y.Sekimoto, K.Mitsui, N.Okada, K.Karatsu, M.Sekine, H.Matsuo, T.Noguchi, Y.Uzawa, M.Seta, N.Nakai
    • Journal Title

      IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology

      Volume: 3 Pages: 56-62

    • DOI

      10.1109/tthz.2012.2235123

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Wideband SIS Receivers Using Series Distributed SIS Junction Array2013

    • Author(s)
      C.-Y. E. Tong P. Grimes, R. Blundell, M.-J. Wang and T. Noguchi
    • Journal Title

      EEE Trans. Teraherz Sci. Tech.

      Volume: 3 Pages: 428-432

    • DOI

      10.1109/tthz.2013.2259624

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Journal Article] Optical efficiencies of Lens-Antenna Coupled Kinetic Inductance Detectors at 220 GHz2013

    • Author(s)
      M. Naruse, Y. Sekimoto, T. Noguchi, A. Miyachi, K. Karatsu, T. Nitta, M. Sekine, Y. Uzawa, T. Taino, and H. Myoren
    • Journal Title

      IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology

      Volume: 3 Pages: 180-186

    • DOI

      10.1109/tthz.2012.2237029

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] RF Conductivity and Surface Impedance of a Superconductor Taking into Account the Complex Superconducting gap Energy2012

    • Author(s)
      T. Noguchi
    • Journal Title

      Physics Procedia

      Volume: 36 Pages: 318-323

    • DOI

      10.1016/j.phpro.2012.06.166

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Development of crystal Al MKIDs by molecular beam epitaxy2012

    • Author(s)
      M.Naruse, Y.Sekimoto, et al
    • Journal Title

      J. Low Temp. Phys.

      Volume: 167(3) Pages: 373-378

    • DOI

      10.1007/s10909-011-0430-5

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 超伝導ギャップ内準粒子の超伝導共振器の特性に及ぼす影響について2014

    • Author(s)
      野口 卓、関根正和、唐津謙一 、 成瀬雅人、関本裕太郎
    • Organizer
      第 61 回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      青山学院大学 相模原キャンパス(神奈川県)
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 超伝導トンネル接合によるヘテロダイン検出2014

    • Author(s)
      野口 卓
    • Organizer
      電子情報通信学会 総合大会
    • Place of Presentation
      新潟大学(新潟県)
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 超伝導ギャップ内準粒子の超伝導共振器の特性に及ぼす効果2014

    • Author(s)
      野口 卓、成瀬雅人、関根正和、唐津謙一、関本裕太郎
    • Organizer
      電子情報通信学会 超伝導エレクトロニクス研究会(SCE)
    • Place of Presentation
      機械振興会館(東京都)
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 積層型超伝導共振器を用いた検出器の開発 ~ Q値の温度依存性 ~2014

    • Author(s)
      関根正和、関本裕太郎、野口 卓、宮地晃平、唐津謙一、新田冬夢、関口繁之、岡田 隆、成瀬雅人
    • Organizer
      電子情報通信学会 超伝導エレクトロニクス研究会(SCE)
    • Place of Presentation
      機械振興会館(東京都)
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] マイクロ波力学インダクタンス検出器(MKID)の感度2013

    • Author(s)
      野口 卓
    • Organizer
      応用物理学会
    • Place of Presentation
      神奈川工科大学(神奈川県)
    • Year and Date
      2013-03-27
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] 積層ハイブリット型超伝導共振器カメラの開発2013

    • Author(s)
      関根正和
    • Organizer
      応用物理学会
    • Place of Presentation
      神奈川工科大学(神奈川県)
    • Year and Date
      2013-03-27
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Nb/Al積層ハイブリッド型超伝導共振器カメラの歩留まり改善2013

    • Author(s)
      関根正和、関本裕太郎、野口卓、宮地晃平、唐津謙一、新田冬夢、関口繁之、成瀬雅人
    • Organizer
      第74回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      同志社大学 田辺キャンパス(京都府)
    • Related Report
      2013 Annual Research Report

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Published: 2013-05-15   Modified: 2019-07-29  

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