2017 Fiscal Year Research-status Report
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16K14261
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
馬渡 康徳 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 上級主任研究員 (70358068)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
全 伸幸 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (20455439)
藤井 剛 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究員 (30709598)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 超伝導 / 光子検出器 / 磁束量子 / 単一磁束量子回路 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究開発では，新原理に基づく超伝導単一光子検出器の原理実証を行う．バイアス電流を運ぶ超伝導ナノストリップが光子を吸収して生じる量子化磁束を，単一磁束量子(SFQ)回路により検出することにより単一光子を計数する新型検出器であり，常伝導転移をともなう従来型の超伝導ナノストリップ検出器に比べて桁違いの計数率が期待される．
本年度は，超伝導ナノストリップと SFQ 回路を集積したモノリシック検出システムを構成する Nb 薄膜について，様々な物性値を評価した．試料の超伝導転移温度，磁場中抵抗の温度依存性，および転移温度付近におけるホール電圧等の測定より，コヒーレンス長，磁場侵入長，準粒子密度，および平均自由行程等を評価した．特に磁場侵入長は超伝導ナノストリップのインダクタンスを決定する重要なパラメータであり，その精密な値の評価により，検出システムの詳細設計が可能になった．また，本検出システムにより量子化磁束が確実に検出できることを実証するため，円孔を空けた超伝導ストリップにバイアス電流を流すことで，光照射なしに量子化磁束を発生させて SFQ 回路の応答を検証するシステムを考案した．時間依存 Ginzburg-Landau (TDGL) 方程式のシミュレーションにより，量子化磁束を発生させるための，ナノストリップの幅，円孔のサイズ，およびバイアス電流値などの条件を明らかにした．さらに，本研究で実証を目指している新型光子検出器の国外特許出願を行った．
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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
デバイス作製工程の見直しにより，超伝導モノリシック検出システムが正常動作する設計の見通しを得た．Nb 物性値評価により検出システムの詳細設計が可能になり，また SFQ 回路による量子化磁束の検出を明確に実証するための設計指針が明らかになった．光照射の実験には至らなかったが，より良い検出システム設計が可能になった点で，本年度までの進捗は概ね順調であると言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
Nb 薄膜・ナノストリップの物性値が確定したので，ナノストリップおよびSFQ回路を詳細設計して検出システムを完成させ，量子化磁束の検出を実証する．さらに実際に光照射する実験により，本検出器の原理実証を行なう．
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