2011 Fiscal Year Annual Research Report
百万画素サブミクロン分解能中性子ラジオグラフィのための固体超伝導検出器システム
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23226019
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Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
石田 武和 大阪府立大学, 工学系研究科, 教授 (00159732)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤巻 朗 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (20183931)
王 鎮 独立行政法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所, 主管研究員 (70359090)
四谷 任 大阪府立大学, 21世紀科学研究機構, 教授 (70393296)
町田 昌彦 独立行政法人日本原子力研究開発機構, システム計算科学センター, 研究主管 (60360434)
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| Keywords | 超伝導検出器 / 単一磁束量子素子 / 中性子検出器 / ラジオグラフィー / イメージング / MBE成膜装置 / 尤度判定回路 / 運動インダクタンス変化法 |
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| Research Abstract |
石田:高品質MgB_2薄膜成膜用超高真空MBE装置の設計・発注を行い大阪府大クラス1000のクリーンルームに設置した。MgB_2ナノワイヤ検出器の4K動作に関しては、MgB_2検出器の運動インダクタンス変化を検出する基礎実験に成功した。研究の方針を討議するために10月にチームミーティングを開催した。
藤巻:検出器の出力信号はインパルス状(数ns以下)で、パルス高はたかだか数μAであり、この微小信号を確実にSFQ回路で検出するためパルス幅時間帯に100回サンプリングによる尤度判定を実施できるSFQサンプリング回路準1接合SQUIDの高周波特性を評価し、数値解析と実験で20GHzまで10μAの感度を確認した。回路パラメータの最適化により低周波測定感度1μAを達成し、今後、信号読み取り回路の入力磁気結合を工夫することで高感度測定が可能となった。
王:スパッタ装置が故障し、必要な排気系の修理などの整備を行った。共蒸着法によるMgB_2薄膜作製条件出しを行い、評価のために厚さ10nmのMgB_2薄膜を作製し、超伝導転移温度4.2Kを得た。実際には、厚膜が必要となる。
四谷:超伝導MgB_2単結晶薄膜のR-T特性、Jcの磁場-温度依存性などデバイス化に必要な特性を測定するために、必須となる磁場に依存しない性質を持つ小型CrN薄膜温度計を開発し、小さな磁気抵抗効果、室温～1Kまで同じ感度など世界最高水準の温度計であることを確認した。
町田:MgB_2検出器の理論・数値シミュレーションで現有のTDGL計算の枠組みを再検証し、必要な改良ポイントを明らかにした。運動インダクタンスの評価のため、MgB_2の複素伝導率を計算するため二バンド効果を取り入れた理論を構築する方針を得た。実験で通用する理論を構築するため、第一原理計算を入れた理論・シミュレーションへの道筋をつけた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
石田:提案段階では実証できていなかった検出器の4K上動作が確認できたため。
藤巻:検出器の出力信号を読み取るSFQ回路自身の基盤技術は確立できたため。
王:スパッタ装置排気系の故障により整備が必要となりスパッタ法によりMgB_2薄膜の作製が遅れた。
四谷:周辺技術として温度計の開発が進展し、MBE薄膜成膜装置の導入ができ、次年度の準備ができた。
町田:打合せミーティングや議論で理論の課題が鮮明になったため。
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| Strategy for Future Research Activity |
石田:4Kで動作する実装技術の開発のために冷凍機システムの設計と信号検出回路の最適化を進める。
藤巻:今後は尤度判定回路とともに、中性子の当たった検出器のアドレスを生成する回路が求められる。回路設計の実績があるが、発熱防止のための低電流化を進める必要がある。そのために,使用するジョセブソン接合の微細化を図り、従来の1/2の臨界電流を持つ接合により回路を構成する。H24年度より、国際超伝導産業技術研究センターと産業技術総合研究所が本ミッション達成のために分担者として加わった。
王:スパッタ装置ターボ分子ポンプの修理を行い、MgB_2薄膜作製を開始する。また、共蒸着法による薄膜作製条件の最適化を行い、高品質化を図る。
四谷:温度計の最適化を進める。宍戸(連携研究者)と協力してMBE法MgB_2薄膜の成膜を行い、微細加工法の開発を行う。
町田:これまでの検討結果を踏まえて、理論の構築とシミュレーションの枠組みを構築する。
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[Journal Article] Position Dependent Response of Superconducting MgB_2 Neutron Detectors Studied by Pulsed Laser Irradiation2012
Author(s)
T.Ishida, I.Yagi, N.Yoshioka, Ho T.Huy, T.Yotsuya, K.Satoh, M.Uno, H.Shimakage, S.Miki, Z.Wang, M.Kato, M.Machida, K.Hojou
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Journal Title
J.Low Temp.Phys.
Volume: 167
Pages: 447-454
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] Positional dependence of a superconducting MgB_2 array by pulse laser irradiation2011
Author(s)
T.Ishida, I.Yagi, N.Yoshioka, T.Yotsuya, K.Sato, M.Uno, H.Shimakage, S.Miki, Z.Wang, M.Machida, M.Kato, K.Hojou
Organizer
14th International Workshop on Low Temperature Detectors (LTD-14)
Place of Presentation
Heidelberg University(ドイツ)
Year and Date
2011-08-02
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