2018 Fiscal Year Research-status Report
Precise Measurement of Themodynamic Temperature Based on Johnson Noise Thermometry Using Integrated Quantum Voltage Noise Source
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17K05113
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
浦野 千春 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 研究グループ長 (30356589)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山田 隆宏 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 (00377871)
中野 享 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 研究グループ長 (20357643)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 温度標準 / 熱力学温度 / SI単位 / 超伝導 / ジョセフソン接合 / 量子電圧雑音源 / 熱雑音 / ナイキストの式 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ガリウムの融点の熱力学温度を雑音温度計測により精密に測定するために、電磁シールドルームを実験室内に作製し、計測システム全体を低雑音環境に収容した。また、市販のガリウム温度定点の低雑音化に取り組んだ。さらにガリウム温度定点セルにおけるガリウムの融点の熱力学温度を雑音温度計により測定した。この雑音温度計は、集積型量子電圧雑音源(IQVNS)を基準信号源としている。IQVNSが発生する擬似白色雑音のパワースペクトル密度は電気素量e, プランク定数h, 周波数fおよび設定した数値係数の組み合わせで厳密に記述できる。IQVNSが発生する擬似白色雑音の信号と、抵抗温度計の雑音電圧の値を交互に同じ装置で測定し、パワースペクトル密度の比を計算することにより、抵抗温度計の雑音電圧を精密に求めることができる。また、同じガリウム定点セルのガリウムの融点を、１９９０年国際温度目盛（ITS-90）とトレーサブルな産総研の国家標準である白金温度計において精密に評価した。その他、ガリウム定点セル内の温度分布や、融点温度の経時変化の測定など不確かさ評価に必要な測定を行った。ガリウム融点における抵抗温度計のパワースペクトル密度とIQVNSのパワースペクトル密度の比の周波数依存性を赤池情報量基準を用いて解析し、ガリウム融点の熱力学温度を不確かさと共に求めた。雑音温度計により求めたガリウム融点の熱力学温度とITS-90に基づいて求めた温度の差は9.4 mKであった。不確かさは13.6 mKであり、ITS-90で定義されている値とコンシステント出会った。この研究成果は精密電気計測に関する国際会議である2018 Conference on Precision Electromagnetic Measurements (CPEM 2018、パリ、フランス）において発表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
ジョセフソン接合素子を用いた超精密温度測定を行う本研究を遂行するにあたり、超伝導デバイスを冷却するために液体ヘリウムを利用することは本質的に重要である。昨年度中頃から液体ヘリウムの供給不足のため、液体ヘリウムの購入が困難な状況が続いており、熱力学温度の測定が制限されている。
機械式冷凍機を用いた超伝導デバイスの駆動を試みているが、量子電圧雑音源という、信号振幅が極めて小さい素子を雑音が大きい機械式冷凍機で駆動するという極めて困難な動作条件のため、完成に至っていない。
技術的問題としては、シールドルーム設置に伴い、装置の一部を一旦分解したところ、データ収集システムの通信に不具合が発生し、復旧に時間を要した。
また、集積型量子電圧雑音源の改良に取り組む計画であったメンバーが人事異動により研究支援部門との兼務となったため、エフォート低下により素子の改良の仕事が遅れが生じている。
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| Strategy for Future Research Activity |
量子電圧雑音源の機械式冷凍機による駆動実験を進め、雑音温度計用の基準信号源として用いるために信号対雑音比S/Nの向上に取り組む。データ収集システムについては光/電気インターフェースの高速化と信頼性向上のための改良を行う。
その他、これまでに取り溜めたデータの整理を行い、成果発表に務める。
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| Causes of Carryover |
本研究計画の分担者が業務の都合上、当初計画していた新しい超伝導デバイスを改良するための設計・製作が出来なくなった。超伝導デバイスを改良する代わりに、室温で動作する駆動回路を改良することにより、問題を回避することを計画している。
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Research Products
(2 results)
