Developments of Ultra-Compact and High-Resolution Transition-Edge Sensors

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K04610
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 21060:Electron device and electronic equipment-related
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: HATTORI Kaori 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (10624843)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 単一光子検出器 / 超伝導検出器 / 微弱光イメージング / フラットレンズ / 超伝導転移端センサ

Outline of Final Research Achievements

We have developed superconducting detectors towards ultra-high sensitivity and high wavelength resolution spectral imaging in the visible and near-infrared regions. The superconducting transition edge sensor (TES) has a unique feature that existing detectors lack: ultra-high sensitivity and the ability to spectrally resolve and detect individual photons in the visible and near-infrared regions. On the other hand, the improvement of wavelength resolution is still under development (100 nm in the near-infrared and 50 nm in the visible light). To address this issue, this study focused on (1) improving wavelength resolution by lowering the superconducting transition temperature, (2) prototyping compact TESs with a size of 1 um, and (3) developing devices capable of focusing light onto a narrow region of the TES.

Free Research Field

超伝導

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究で開発した超伝導転移端センサ(TES)は、微弱光バイオイメージングへの応用が期待されている。センサを極低温まで冷却しノイズや暗係数を抑えることで、サンプルからの微弱光を感度良く捉えることができる。これはサンプルの自家蛍光を捕らえたり、より弱い光を照射してサンプルを観察することで、より自然な状態での観察を可能とする。また、可視光と近赤外という広い波長域を一気に捉えることで、今まで見えなかったものが見える可能性がある。このように、TESを用いたバイオイメージングには高いポテンシャルがあるが、波長分解能が十分ではないのが課題であった。本研究はこれを解決するための重要なステップとなった。