2018 Fiscal Year Annual Research Report
Search for dark matter axions using superconducting junctions
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18H01243
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
柏谷 聡 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (40356770)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中 竜大 名古屋大学, 現象解析研究センター, 特任助教 (00608888)
田仲 由喜夫 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (40212039)
北嶋 直弥 名古屋大学, 理学研究科, 学振特別研究員(PD) (50737955)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 暗黒物質アクシオン / 超伝導接合 / トポロジカル量子現象 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究も目的は、超伝導/常伝導/超伝導（S/N/S）構造を有するジョセフソン接合が、暗黒物質アキシオンの検出器として有効に機能するかを実験的に検証することである。有力視されている100ueV/c2 程度の質量領域におけるアキシオンは検出が困難とされていたが、近年ジョセフソン接合を用いた新しい検出法が提案されている。これを実験的に検証するために、独自アイデアによるS/N/S 型ジョセフソン接合素子を開発し、精密計測を実施する。特に重要なN層にトポロジカル絶縁体という独自材料を利用する。測定には低温フィルター回路など、極低温精密測定技術を駆使し、ノイズレベルを格段に改善させ、各種形状を有する素子を系統的に測定する。本年度は測定回路の構築、SNS接合の作製に成功し、予備的な測定データを取得した。その結果コンダクタンスには有意な構造が存在することが分かったが、ノイズ等の影響をさらに詳細に解析する必要があり、アキシオンとの関係はまだ不明である。
一方理論的には発振状態でのジョセフソン素子の磁場分布を計算するために、有限要素法による電磁界計算の準備を進め、実際にアクシオンが存在した場合のコンダクタンスへの影響を議論した。
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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
実験提案当時に予測された実験は予定通り行うことができた。その結果はアクシオン検出としてはネガティブであったが、問題点が明確となり、その次のステップが明確になった。
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| Strategy for Future Research Activity |
ジョセフソン素子精密測定のための、低ノイズ測定環境を構築する。測定温度は50 mK-300 mKを想定し、低温ローパスフィルター、パウダーフィルターにより配線侵入ノイズを徹底的に低減する。前年度までと異なり、ジョセフソン素子の駆動を電圧ではなく、周波数にするための準備を進める。具体的には15GHZ程度までのマイクロ波導入を行える配線を設置し、一方周波数源として10桁程度の安定度を実現するための準備を整える。これによりジョセフソン素子駆動の安定度をどこまで高められるかについて検討を進め、実際に周波数駆動での測定を試みる。
また、素子に関しては、昨年度から行ってきた、S/N/S構造ジョセフソン接合素子の開発に加えて、産総研の超伝導プロセスファシリティとの連携により、SQUIDを組み込んだジョセフソン素子の設計・作成を進め、周波数駆動時の磁場検出にターゲットを置いた素子デザインを採用する。これによりコンダクタンスの変化ではなく、有限電圧状態のジョセフソン素子とアキシオンとの相互作用による発生磁場を直接検出を行うための準備を整える。
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