2015 Fiscal Year Annual Research Report
All Solid State Superconducting System for Neutron Radiography with One Million Pixels and Submicron Resolution
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23226019
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Research Institution | Osaka Prefecture University |
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, 工学研究科, 教授 (20183931)
日高 睦夫 国立研究開発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, 研究員 (20500672)
三木 茂人 国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所フロンティア創造総合研究室, 主任研究員 (30398424)
町田 昌彦 国立研究開発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, 研究主席 (60360434)
四谷 任 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 客員研究員 (70393296) [Withdrawn]
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Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2016-03-31
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Keywords | 超伝導中性子検出器 / 超伝導材料・素子 / 中性子イメージング / マイクロ・ナノデバイス / Nb集積回路 / 単一磁束量子SFQ |
Outline of Annual Research Achievements |
高分解能(サブミクロン分解能を視野に)100万画素、高フレームレート、全固体素子の実現を目指して研究を実施した。そのために新しく電流バイアス運動インダクタンス検出器(CB-KID)を発明した。 一つの取り組みは、直列接続した多数のCB-KIDからの出力を個別に読み出し、かつ中性子が照射された検出器の番地を生成するエンコーダの開発であった。光を用いた予備実験によって32チャンネル(5ビット)分の回路動作を実証した。これを、x方向に32個並べ、y方向も同様な構成を取ることで、最終的に1000x1000=100万画素の中性子イメージングチップを設計・試作した。J-PARCでの実験でノイズ対策が必要なことが分かったが評価は継続中である。検出素子の製作としては、膜厚40nm、線幅0.9μm、スペース0.6μmのサブミクロンNbナノワイヤ検出器を15mm角領域にX、Y二方向に配置した22mm角チップを作製しナノワイヤの全長150mに亘る導通を確認した。また、ナノワイヤとSFQ読出し回路のモノリシックデバイス構造の素子チップ作製を行った。 高温超伝導体であるMgB2を大規模超伝導検出器システムに適用するためには、3インチ基板上に共蒸着装置を用いてMgB2薄膜が実際に成膜出来ることを確認した。また、MBE法を用いて常温基板温度(110度)でMgB2エピタキシャル膜の成膜に成功した。中性子反応層としてボロン薄膜の成膜も基板上に剥離することなく形成することにも成功した。 理論グループでは、運動インダクタンスに対するTc近傍での揺らぎの効果について調べ、超伝導秩序を特徴づける量の時間変化に対し、超伝導相転移近傍にて臨界的なスローダウンが起こる場合に、運動インダクタンスの応答成分に影響があることが分かった。 期間延長で遅延時間型CB-KIDが発明でき、実際に100万画素相当の中性子イメージングに成功した。
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Research Progress Status |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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Strategy for Future Research Activity |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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Remarks |
ナノファブリケーション研究所では基盤研究(S)のパンフレットを完成し、1000部単位で配付した。また、基盤研究(S)の成果を含む電子パンフレットは http://www.osakafu-u.ac.jp/opu_common/book/nanofabrication2014/ で公開している。
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[Journal Article] Time-Dependent Flux from Pulsed Neutrons Revealed by Superconducting Nb Current-Biased Kinetic Inductance Detector with 10B Converter Operated at 4 K2015
Author(s)
S. Miyajima, Y. Narukami, H. Shishido, N. Yoshioka, A. Fujimaki, M. Hidaka, K. Oikawa, M. Harada, T. Oku, M. Arai, T. Ishida
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Journal Title
JPS Conference Proceedings
Volume: 8
Pages: 051004- 1-6
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Current-Biased Kinetic Inductance Detector for Neutrons2015
Author(s)
H. Shishido, S. Miyajima, H. Yamaguchi, H. Nakayama, Y. Narukami, A. Fujimaki, M. Hidaka, K. Oikawa, M. Harada, T. Oku, M. Arai, T. Ishida
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Journal Title
IEEE Xplore Superconductive Electronics Conference (ISEC)
Volume: DR-O17
Pages: 1-3
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Presentation] 遅延時間型CB-KIDによる中性子イメージングとその原理2017
Author(s)
三木悠矢, 飯澤侑貴, 山口裕之, 宍戸寛明, 小嶋健児, 宮嶋茂之, 日高睦夫, 及川健一, 原田正英, 奥隆之, 曽山和彦, 小山富男, 石田武和
Organizer
日本物理学会第71回年次大会
Place of Presentation
大阪大学(大阪府豊中市)
Year and Date
2017-03-17 – 2017-03-20
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[Presentation] 遅延時間型CB-KIDとKALLIOPE-DCを用いた高速中性子イメージング2017
Author(s)
飯澤侑貴, 三木悠矢, 山口裕之, 宍戸寛明, 小嶋健児, 鈴木聡, 日高睦夫, 及川健一, 原田正英, 奥隆之, 曽山和彦, 小山富男, 宮嶋茂之, 石田武和
Organizer
日本物理学会第71回年次大会
Place of Presentation
大阪大学(大阪府豊中市)
Year and Date
2017-03-17 – 2017-03-20
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[Presentation] 電流バイアス運動インダクタンス(CB-KID)法によるNb超伝導中性子検出器の開発VII2016
Author(s)
宍戸寛明, 山口裕之, 三木悠矢, 宮嶋茂之, 藤巻朗, 日高睦夫, 及川健一, 原田正英, 奥隆之, 新井正敏, 小嶋健児, 石田武和
Organizer
日本物理学会第71回年次大会
Place of Presentation
東北学院大学(宮城県仙台市)
Year and Date
2016-03-19 – 2016-03-19
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[Presentation] 電流バイアス運動インダクタンス(CB-KID)法によるNb超伝導中性子検出器の開発VIII2016
Author(s)
石田武和, 宍戸寛明, 山口裕之, 三木悠矢, 宮嶋茂之, 藤巻朗, 日高睦夫, 及川健一, 原田正英, 奥隆之, 新井正敏, 小嶋健児
Organizer
日本物理学会第71回年次大会
Place of Presentation
東北学院大学(宮城県仙台市)
Year and Date
2016-03-19 – 2016-03-19
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[Presentation] Development of a neutron imager based on superconducting detectors and SFQ readout circuits2015
Author(s)
S.Miyajima, H. Yamaguchi, H. Nakayama, H. Shishido, A. Fujimaki, M. Hidaka, M. Harada, K. Oikawa, T. Oku, M. Arai, T. Ishida
Organizer
28th International Symposium on Superconductivity (ISS2015)
Place of Presentation
Tower Hall Funabori(東京都江戸川区)
Year and Date
2015-11-16 – 2015-11-18
Int'l Joint Research
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[Presentation] Nb-based current-biased kinetic inductance detector for neutron2015
Author(s)
T. Ishida, H. Yamaguchi, H. Nakayama, H. Shishido, S. Miyajima, A. Fujimaki, M. Hidaka, K. Kenji, K. Oikawa, M. Harada, T. Oku, M. Arai, K. Soyama
Organizer
8th East Asian Symposium on Superconductive Electronics (EASSE 2015)
Place of Presentation
韓国標準科学研究院(KRISS)、韓国
Year and Date
2015-11-04 – 2015-11-06
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] 電流バイアス運動インダクタンス(CB-KID)法によるNb超伝導中性子検出器の開発VI2015
Author(s)
中山弘貴, 山口裕之, 鳴神吉人, 宍戸寛明, 宮嶋茂之, 藤巻朗, 日高睦夫, 及川健一, 原田正英, 奥隆之, 新井正敏, 小嶋健児, 石田武和
Organizer
日本物理学会 2015年秋季大会
Place of Presentation
関西大学(大阪府吹田市)
Year and Date
2015-09-18 – 2015-09-18
Int'l Joint Research
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[Presentation] How to capture a single neutron by superconducting detector2015
Author(s)
H. Shishido, S. Miyajima, H. Yamaguchi, H. Nakayama, A. Fujimaki, M. Hidaka, K. Kenji, K. Oikawa, M. Harada, T. Oku, M. Arai, K. Soyama, T. Ishida
Organizer
12th European Conference on Applied Superconductivity
Place of Presentation
Lyon Convention Center, Lyon, France
Year and Date
2015-09-06 – 2015-09-10
Int'l Joint Research
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[Presentation] Vortex Distribution in Small Star-Shaped Mo80Ge20 Plate2015
Author(s)
V. T. Dang, H. Mastsumoto, H. Miyoshi, H. T. Huy, H. Shishido, M. Kato, T. Ishida
Organizer
Ninth international conference in school format on Vortex Matter in nanostructured Superconductors (VORTEX IX)
Place of Presentation
Aldemar Resorts Amilia Mare, Rhodes, Greece
Year and Date
2015-09-06 – 2015-09-06
Int'l Joint Research
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[Presentation] Detecting Pulsed Neutrons by using Current-Biased Kinetic Inductance Detector and 10B convertor.2015
Author(s)
T. Ishida, H.Shishido, S. Miyajima, H.Yamaguchi, H. Nakayama, Y. Narukami, A. Fujimaki, M, Hidaka, K. Oikawa, M. Harada, T. Oku, M.Arai
Organizer
16th International Workshop on Low Temperature Detectors
Place of Presentation
WTC Congress Center, Grenoble, France
Year and Date
2015-07-21 – 2015-07-21
Int'l Joint Research
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[Presentation] Current-Biased Kinetic Inductance Detector for Neutrons2015
Author(s)
H. Shishido, S. Miyajima, H. Yamaguchi, H. Nakayama, Y. Narukami, A. Fujimaki, M. Hidaka, K. Oikawa, M. Harada, T. Oku, M. Arai, T. Ishida
Organizer
15th International Superconductive Electronics Conference (ISEC 2015)
Place of Presentation
名古屋大学及び名古屋能楽堂(愛知県名古屋市)
Year and Date
2015-07-06 – 2015-07-09
Int'l Joint Research
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[Presentation] Development of a neutron imager based on superconducting detectors and SFQ readout circuits2015
Author(s)
S. Miyajima, H. Yamaguchi, H. Nakayama, H. Shishido, A. Fujimaki, M. Hidaka, M. Harada, K. Oikawa, T. Oku, M. Arai, T. Ishida
Organizer
15th International Superconductive Electronics Conference (ISEC 2015)
Place of Presentation
名古屋大学及び名古屋能楽堂(愛知県名古屋市)
Year and Date
2015-07-06 – 2015-07-09
Int'l Joint Research
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[Presentation] Highly doped organic-inorganic hybrid materials for memory and laser applications. Vortices in Small Concave Decagon Mo80Ge20 Plate.2015
Author(s)
H. Masutmoto, H. Miyoshi, T. Okamoto, V. T. Dang, H. T. Huy, S. Miyajima, H. Shishido, M. Kato, N. Fujita, M. Hayashi, T. Ishida
Organizer
Advances in Studies of Superconducting Hybrids: Theory and Modeling vs Experiment
Place of Presentation
Hotel le Dauphin, Arcarchon, France
Year and Date
2015-05-17 – 2015-05-17
Int'l Joint Research
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