TES型マイクロカロリメータを用いた太陽アクシオン探査

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18H01244
• Research Institution: National Astronomical Observatory of Japan
• Principal Investigator: 満田 和久 国立天文台, 先端技術センター, 特任教授 (80183961)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山崎 典子 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 教授 (20254146) ; 前畑 京介 帝京大学, 公私立大学の部局等, 教授 (30190317)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: アクシオン / 太陽アクシオン / マイクロカリメータ / 超伝導転移端

Outline of Annual Research Achievements

本研究で目標とする検出実験を実現するためには，4つの主要課題が存在する。その主要課題とは，(A) 鉄の磁性がTES(超伝導転 移端センサー)の超伝導特性を阻 害するので対策が必要，(B) 従来の金に比べて鉄は比熱が大きいため最適設計が必要，(C) 鉄は熱伝導度が低い可能性があり，信号波形のアクシオン吸収位置依存性によりエネルギー分解能悪化の可能性があり，最適設計が必要，(D) 57Feは大変高価なため，収率の高い鉄吸収体形成のマイクロプロセスが必要，である。昨年度までに，収率の高い電析(Dの解決)で製作した鉄薄膜の極低温での物性を評価し，それに基づいた検出器の熱シミュレーションにより(A)-(C)の課題を解決するマイクロカロリメータの基本概念を得て，その製作のためのプロセス設計を行った上でインハウスで素子を試作し，100mKの極低温で5.9keVのX線に対する信号を評価した。その結果，TES型マイクロカロリメータの基本的な動作は確認できたが，信号パルスに複数の異なる波形パターンがあり，これがエネルギー分解能を制限してしまうことがわかった。今年度は，より詳細な検出器熱モデルを作成し，その中の物性パラメータを変化させながら実験結果と比較した。その結果，検出器内で熱伝導路として用いている金薄膜の熱伝導度が不十分である可能性が高いことがわかった。このため，金薄膜の作成方法を電子ビーム蒸着から電析プロセスに変更し，電析の条件出しのために複数の薄膜を試作し，その極低温での物性を測定した。その結果，検出器熱モデルから必要とされる高い熱伝導度が得られる電析パラメータを得ることができた。これらの研究に加えて，64個のアレイ素子のプロセス設計を行い，また，これらの素子を，極低温マイクロ波周波数多重化装置と組み合わせて，全素子の信号を読み出すための信号処理系を設置する冷凍機の整備も行なった。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Presentation] Performance of TES X-Ray Microcalorimeters Designed for 14.4 keV Solar Axion Search (2021)
  • Author(s): Yuta Yagi, Ryohei Konno, Tasuku Hayashi, Keita Tanaka, Noriko Y. Yamasaki, Kazuhisa Mitsuda, Rumi Sato, Mikiko Saito, Takayuki Homma, Yoshiki Nishida, Shohei Mori, Naoko Iyomoto
  • Organizer: 19th International Workshop on Low Temperature Detectors
  • Int'l Joint Research