2012 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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| 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(研究院), 教授 (00159732)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤巻 朗 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20183931)
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, 研究主幹 (60360434)
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, 工学(系)研究科(研究院), 客員研究員 (70393296)
日高 睦夫 公益財団法人国際超電導産業技術研究センター(超電導工学研究所), 超電導工学研究所低温デバイス開発室, 室長 (20500672)
前澤 正明 独立行政法人産業技術総合研究所, ナノエレクトロニクス研究部門, 主任研究員 (40357976)
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| Project Period (FY) |
2011-05-31 – 2016-03-31
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| Keywords | 中性子検出器 / 超伝導検出器 / 単一磁束量子素子 / 中性子 / ラジオグラフィー / イメージング / 運動インダクタンス / ４K動作 |
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| Research Abstract |
石田：多素子化に適する新規な超伝導検出技術（電流をバイアスした超伝導ナノワイヤの両端の電圧をモニターし運動インダクタンスを検出する方式）を新たに提案し、MgB2を用いた基礎実験で実証した。6月にチームミーティング、11月には原子力機構協力者とミーティングを行った。
藤巻：電流バイアス運動インダクタンス検出器アレイの隣接した検出器への伝搬・干渉を避けるローパスフィルタの設計を行った。また、検出器出力（1ns程度の電圧パルス）を実質的に高感度で読み出すための単一磁束量子（SFQ）尤度判定回路を設計・試作し、基本的な動作を確認し、超伝導磁気シールド構造のSFQ回路を設計し動作を確認した。
町田：電流バイアス運動インダクタンス検出器の理論を構築するため、超伝導時間依存のGinzburg-Landau 理論と運動インダクタンスの関係を調べ、十分な精度で扱うには、時間応答に対して有限の振動数も含めた運動学的方程式を導出する必要があることを見出した。また、奇周波数超伝導の表面応答特性について理論的考察を進めた。
王：カルーセルスパッタ装置のターボポンプの交換・修理、セットアップ及び動作確認を行い、MgB2薄膜の試作を開始した。また、共蒸着装置用3インチ基板ホルダーを作製し、大面積基板へのMgB2薄膜の条件出しを行った。
日高、前澤：中性子を検出するための中間層にBを挟んだNbナノワイヤとSFQ多重読出し回路を1チップ上にハイブリッド化するためのデバイス構造などデバイス作製面からの検討を行った。その結果、1チップの大きさを産総研が所有するステッパーで露光できる最大サイズである22mm角とし、その問題点を抽出した。また、ナノワイヤ部分とSFQ回路部分の作製順序とハイブリッド化による問題点を明らかにした。
四谷：温度計の開発とMBE法によるMgB2の成膜とX線回折装置による薄膜の品質評価を行った。
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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回路の基盤技術が実証できたため。
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。
王：MgB2薄膜の作製のためのスパッタ装置排気系のTMPの修理がうまくできたため。
四谷：温度計の基礎特性の開発が進展し、MBE装置によるMgB2薄膜の成膜ができたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
石田：準備した実装技術を用いて、４Kで動作する冷凍機システムの実機を完成させ、実証実験を行う。
藤巻：1000検出器からなる検出器アレイと単一磁束量子読出し回路を一体化したチップを設計・作製・評価する。
町田：超伝導準古典理論の枠組みにて運動学的インダクタンスを記述する理論体系の構築を目指す。
王：スパッタによるMgB2とボロン薄膜の作製条件を探索、最適化と高品質化を図る。また、共蒸着による大面積MgB2薄膜の作製を行う。
日高：ナノワイヤとSFQハイブリッド回路のテスト回路作製を行い、問題点の抽出と解決を行う。その結果を基にハイブリッド回路の作製を行う。
四谷：温度計の性能向上とMgB2薄膜の高品質化を目指す。
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[Journal Article] High-Throughput RSFQ Signal Processor for a Neutron Diffraction System with Multiple MgB2 Detectors2013
Author(s)
S. Miyajima, T. Kusumoto, K. Ito, Y. Akita, I. Yagi, N. Yoshioka, T. Ishida, S. Miki, Z. Wang, and A. Fujimaki
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Journal Title
IEEE Transactions on Applied Superconductivity Date of Publication: June 2013
Volume: 23, 3
Pages: No.1800505
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] Two different superconducting MgB2 nanowires detectors: Current-biased transition edge method versus Current-biased kinetic inductance method for neutrons
Author(s)
Takekazu Ishida, Ikutaro Yagi, Naohito Yoshioka, Yoshito Narukami, Yohei Kodama, Hiroaki Shishido, Shigeyuki Miyajima, Akira Fujimaki, Shigehito Miki, Zhen Wang, Masahiko Machida
Organizer
The first International Workshop on Superconducting Sensors and Detectors
Place of Presentation
Korea Research Institute of Standards and Science (KRISS) Daejon 韓国
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[Presentation] Kinetic inductance in current-biased MgB2 nanowires for neutrons: Signal mapping in the meander-type sensor
Author(s)
N. Yoshioka, I. Yagi, Y. Narukami, Y. Kodama, H. Shishido, S. Miyajima, A. Fujimaki, S. Miki, Z. Wang, M. Machida, T. Ishida
Organizer
The first International Workshop on Superconducting Sensors and Detectors
Place of Presentation
Korea Research Institute of Standards and Science (KRISS) Daejon 韓国
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[Presentation] Innovation for Mega-pixel Neutron Radiography Achieved by Nanoscale Superconducting Wires
Author(s)
T. Ishida, N. Yoshioka, I. Yagi, Y. Narukami, Y. Kodama, T. Yotsuya, H. Shishido, S. Miyajima, A. Fujimaki, S. Miki, Z. Wang, M. Machida, Masatoshi Arai, M. Hidaka, M. Maezawa
Organizer
The first NanoSquare Conference of Nanotechnology and Nanoscience, February 4 and 5, 2013
Place of Presentation
Osaka Prefecture University (Sakai City)
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