2022 Fiscal Year Annual Research Report
Fabrication of superconducting single photon detector at 20K
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18K04255
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| Research Institution | Kitami Institute of Technology |
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Principal Investigator |
柴田 浩行 北見工業大学, 工学部, 教授 (60393732)
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2018-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 単一光子検出器 / 二ホウ化マグネシウム / 高温超伝導体 / SNSPD / SSPD |
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| Outline of Annual Research Achievements |
超伝導ナノ細線を用いた単一光子検出器（SNSPD、SSPD）は近年、飛躍的な性能向上を果たしたが、通常はTcの低い窒化ニオブ（NbN）やタングステンシリサイド（WSi）を用いるため、動作温度は3K以下である。本課題では、高Tc物質を用いることによって20Kで動作するSNSPDの実現を目指した。
従来、SNSPDの最高動作温度は、我々が作製した二ホウ化マグネシウム（MgB2）を用いたSNSPDで11Kである。今年度も引き続いてMgB2極薄膜の膜質向上、ナノ細線断面積削減について検討した。MBE成長速度を15nm/minから7.5nm/minに削減することにより膜成長の再現性が向上した。ナノ微細加工は、通常の電子線描画法に加えてHeイオン顕微鏡を用いた微細加工についても検討しているが、Heイオン顕微鏡が年間を通じてメンテナンス中で試作が出来なかった。
一方、近年、ミクロン幅の超伝導細線を用いた単一光子検出器（SMSPD）が報告された。MgB2は細線断面積の削減と共にTcが低下するため、細線断面積の大きなMgB2-SMSPDが実現できれば高温動作可能と期待できる。既に、従来型超伝導体を用いたSMSPDを作製して単一光子検出可能であることを確認しており、現在、MgB2-SMSPDを作製中である。
2023年に動作温度25Kの銅酸化物超伝導体を用いたSNSPDが報告された。我々は以前、銅酸化物超伝導体La1.85Sr0.15Cu4ナノ細線を用いて動作温度30Kの光検出を実現しており、現在、単一光子感度の達成に向けたLSCO-SNSPD開発を進めている。
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