2018 Fiscal Year Research-status Report
ハフニウム超伝導体を用いた究極の感度を持つ超伝導検出器への挑戦
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18K18761
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
飯田 崇史 筑波大学, 数理物質系, 助教 (40722905)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2020-03-31
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| Keywords | 超伝導トンネル接合素子 / ニュートリノ崩壊 / 暗黒物質 / ハフニウム超伝導体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的はハフニウム超伝導体（Hf）を用いて世界最高感度の超伝導トンネル接合素子（STJ）を開発し、宇宙・素粒子物理実験における実用化の第一歩を踏み出すことである。STJは超伝導検出器の一種であり、信号電荷を一つ励起するのに必要なエネルギー（Δ）が半導体検出器と比べて3～5桁小さいため、信号が大きくなり高感度・高分解能な検出が可能となる。HfのΔは現状で世界最高感度であるAl超伝導体に比べても1/8と小さいため8倍の高感度化が可能である。
初年度は、作ったHf-STJおよびHf/Al-STJのサンプルをこれまでに達成できなかった極低温にして性能評価を行った。当初は筑波大学にある希釈冷凍機を補修することにより、今の130mKより低い温度を達成する予定であったが、結果として補修は費用対効果が良くないことが分かり、別の方法を取ることになった。代表者が共同研究を行っている、韓国のグループが持っている断熱消磁冷凍機（ＡＤＲ）を借りて用いることで、35mKというこれまでの最低温での測定を実施した。3月にHf-STJを35mKに冷やし、55Feの5.9keVのＸ線を照射した。その結果、Hf-STJでは世界で初めてX線（1光子）の信号を確認することに成功した。また、冷やすことによって障害となっていた漏れ電流が低減できることも確認した。現在、代表者の所属研究室において詳細な解析を行っているところである。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
元々の予定では、初年度で手持ちの希釈冷凍機を補修して130mK以下の低温を実現する予定であったが、その代わりに共同研究を行っている韓国グループの冷凍機を用いて実験を行った。予定していたＩＶ特性の調査だけにとどまらず、55Fe線源による5.9keVのＸ線を照射した試験を行った。この結果、Hf-STJとしては世界で初めて1光子の信号をとららえることに成功した。最終目標の遠赤外線1光子分光までは、まだエネルギーで数桁の違いがあるが、極めて重要な一歩であり、初年度としては十分な結果を得ることが出来た。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度は、引き続きHf-STJの作成と性能評価を推進する。6月には再度韓国での冷凍機試験を予定している。超伝導コイルを用いて磁場を印加し、測定のノイズとなるジョセフソン電流を低減することで、前回よりも感度の高い測定を実現する予定である。また、その結果を詳細に解析し、7月にある18th Workshop on Low Temperature Detectorsにおいて報告する。また、この成果はジャーナル論文として投稿する予定としている。
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| Causes of Carryover |
当初予定していた希釈冷凍機の補修を取りやめ、浮いた経費で韓国での測定を行った。その差額として30万円ほどの差異が生じた。繰り越し分は次年度の韓国での測定のための、旅費や消耗品等に用いる予定である。
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