2011 Fiscal Year Annual Research Report
初期宇宙探査のための超高感度アレイデバイスの研究開発
| Project Area | The Physical Origin of the Universe viewed through the Cosmic Background Radiation - from Cosmological Inflation to Dark Ages - |
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21111003
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| Research Institution | The Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
大谷 知行 独立行政法人理化学研究所, テラヘルツイメージング研究チーム, チームリーダー (50281663)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
関本 裕太郎 国立天文台, 先端技術センター, 准教授 (70262152)
樋口 岳雄 高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 助教 (40353370)
石野 宏和 岡山大学, 自然科学研究科, 准教授 (90323782)
田島 治 高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 准教授 (80391704)
岡村 崇弘 高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 助教 (90415042)
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| Keywords | 宇宙マイクロ波背景放射(CMB) / 宇宙赤外線背景放射(CIRB) / 超伝導トンネル接合素子(STJ) / Cooper対解離 / マイクロ波力学インダクタンス検出器(MKIDs) / 検出器 |
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| Research Abstract |
本計画研究の目的は,「宇宙創成の物理」解明に不可欠な宇宙マイクロ波背景放射(CMB)および宇宙赤外線背景放射(CIRB)観測用の1000画素クラス超伝導アレイ検出器の開発である.平成23年度は、マイクロ波力学インダクタンス検出器(MKIDs)に重点を移行して研究を推進した。まず、検出器の感度についてはA1を用いたMKIDsでNEP=6x10^<-18>W/rHzを実現した。この実測感度を決めているのは外からの漏れ光の影響であると考えられ、実際の検出器感度はさらに良いと想像される。また、アレイ素子の作製を進め、1000素子検出器を構成する際の基本ユニットとなる100素子デバイスの試作も行った。さらに、周波数選択性や高感度化の実現に有効と考えられる新たな超伝導材料であるTiNについて、最適な成膜条件を見出しMKIDsの試作を行った。並行して102ピクセルのSiレンズアレイの製作に成功し、MKIDsと組み合わせたビームパターン測定を開始した。さらに、最大4000chの周波数コムを用いた読み出し回路の製作・実証に成功した。また、計画研究A01と連携して冷凍機・光学系を含む地上観測用システムであるGroundBIRDの設計・試作を引き続き進めた。また、冷凍機開発のための基礎的な検討として、高性能Gas Gapヒートスイッチに関する研究、及び、パルスチューブ冷凍機特性の傾き角度と冷凍能力の関係の検討も進めた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究の推進においては、当初、入射放射による超伝導体中のCooper対解離を用いた量子型検出器として、超伝導トンネル接合素子(STJ)検出器の研究を進めた。一方、Cooper対解離を用いる点では同じだが膜構造と信号読み出し法が異なるマイクロ波力学インダクタンス検出器(MKIDs)も並行して研究し、STJ検出器と同等以上の感度とアレイ読み出しに成功した。MKIDsは作製プロセスや開発要素がSTJ検出器と共通し、素子構造が簡素でアレイ読み出しも容易なことから、当初計画を発展させる形でMKIDs検出器を採用することとした。これにより、当初の最大の課題と考えられたアレイ化についてすでに目処が立ち、高感度化についても目標感度到達まで1桁を切るところまで迫ることとなり、期間内の目標達成は十分可能と考えている。残る課題はシステム化であり研究開発を急ピッチで進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終目標を達成するために以下の2つの課題を柱に研究を進める.理研と国立天文台はMKIDs素子の作製と評価に注力する。国立天文台では実績のあるNbとAlを中心に研究開発を進め、理研では高感度化の可能性が高いTiNに挑戦する。高エネ研と岡山大は、読み出し回路とシステム化を進め、特にシステム化においては計画研究AO1と密な連携を計りながら研究を進める。
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[Journal Article] Development of Crystal Al MKIDs by Molecular Beam Epitaxy2012
Author(s)
M. Naruse, Y. Sekimoto, T. Noguchi, A. Miyachi, T. Nitta, Y. Uzawa, M. Naruse, Y. Sekimoto, T. Noguchi, A. Miyachi, T. Nitta, Y. Uzawa
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Journal Title
Journal of Low Temperature Physics
Volume: 167
Pages: 373-378
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Novel Frequency-Domain Multiplexing MKID Readout for the LiteBIRD Satellite2012
Author(s)
K.Hattori, S.Ariyoshi, M.Hazumi, H.Ishino, A.Kibayashi, S.Mima, C.Otani, N.Satoh, T.Tomaru, M.Yoshida, H.Watanabe
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Journal Title
Journal of Low Temperature Physics
Volume: (掲載確定)(Online Firstで公開済)
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Development of Superconducting Detectors for Measurements of Cosmic Microwave Background2012
Author(s)
K.Hattori, M.Hazumi, H.Ishino, M.Kawai, A.Kibayashi, N.Kmura, S.Mima, T.Noguchi, T.Okamura, N.Sato, O.Tajima, T.Tomaru, H. Watanabe, M.Yoshida
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Journal Title
Physics Procedia, proceedings of Technology and Instrumentation in Particle Physics
Volume: (掲載確定)
Peer Reviewed
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[Presentation] 宇宙マイクロ波背景放射偏光測定用Microwave Kinetic Inductance Detectors (MKID)における多チャンネル読み出しの開発2011
Author(s)
服部香里, 石野宏和, 小倉典子, 樹林敦子, 三澤尚典, 美馬覚, 佐藤伸明, 都丸隆行, 羽澄昌史, 吉田光宏, 渡辺広記, 有吉誠一郎, 大谷知行, 他KEK測定器開発室超伝導ミリ波カメラ開発グループ
Organizer
日本物理学会第66回年次大会
Place of Presentation
(講演資料公開サイト(震災のためスライドをweb上で公表))
Year and Date
20110506-20110831
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[Presentation] 極低温下における活性炭へのヘリウム吸着量測定2011
Author(s)
岡田竜太郎, 岡村崇弘, 高田卓, 都丸隆行, 木村誠宏, 大畠洋克, 羽澄昌史, 荻津透, 山本明, 中西努, 後藤修一
Organizer
2011年度秋季低温工学超伝導学会
Place of Presentation
金沢歌劇座
Year and Date
2011-11-10
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[Presentation] 超伝導共振器を用いたミリ波帯アレイ型検出器の評価2011
Author(s)
新田冬夢, 成瀬雅人, 関本裕太郎, 松尾宏, 野口卓, 鵜澤佳徳, 岡田則夫, 三ツ井健司, 唐津謙一, 関根正和, 瀬田益道, 中井直正
Organizer
日本天文学会2011年秋季年会
Place of Presentation
鹿児島大
Year and Date
2011-09-20
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[Presentation] 宇宙背景放射カメラ開発におけるアルミ超伝導トンネル接合素子(STJ)の基礎特性評価2011
Author(s)
美馬覚, 石野宏和, 樹林敦子, 服部香里, 山田要介, 湯浅泰気, 羽澄昌史, 吉田光宏, 佐藤伸明, 都丸隆行, 渡辺広記, 有吉誠一郎, 大谷知行, 野口卓, KEK測定器開発室超伝導検出器グループ
Organizer
日本物理学会2011年秋季大会
Place of Presentation
弘前大
Year and Date
2011-09-17
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[Presentation] MKID-ミリ波サブミリ波検出器で拓く宇宙観測2011
Author(s)
関本裕太郎, 成瀬雅人, 新田冬夢, 唐津謙一, 日比康詞, 関根正和, 松尾宏, 野口卓, 鵜澤佳徳
Organizer
第72回応用物理学会学術講演会シンポジウム「超伝導検出器により拓く次世代先端計測分析技術」
Place of Presentation
山形大(招待講演)
Year and Date
2011-08-29
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