2020 Fiscal Year Annual Research Report
Challenge to the superconducting detector with ultimate sensitivity using hafnium superconductor
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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 – 2021-03-31
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| Keywords | 超伝導トンネル接合素子 / ハフニウム |
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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８分の１と小さいため８倍の高感度化が可能である。
２０１９年度までに、２００ミクロン角のHf-STJを用いて韓国・基礎科学研究院 （IBS）に設置された断熱消磁冷凍機を用いて内部にHf-STJを設置した実験を行った。これにより、X線源からの事象を世界で初めてHf-STJの信号として観測することに成功した。同時に現状は検出器の漏れ電流などのノイズが問題となり感度を制限していることが明らかになった。２０２０年度は、冷凍機内にジョセフソン電流を防ぐための超伝導コイルを導入し、さらに漏れ電流が小さいことが期待される４０ミクロン角の検出器を用いて、韓国IBSで再度実験を行った。また得られたデータに対して、事象ごとに信号の基準波形をフィットして入射粒子のエネルギーを決定する解析手法を確立し、単純な波形積分の手法を用いるよりもエネルギー分解能が良くなることを確かめた。その結果、Fe-55のX線（5.9 keV）ピークを用いて７％以内のエネルギー分解能を達成した。
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