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超伝導検出器多画素化と冷却系簡素化を両立するマトリョーシカ型周波数多重読出回路

研究課題

研究課題/領域番号 15H02251
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 電子デバイス・電子機器
研究機関国立研究開発法人産業技術総合研究所

研究代表者

神代 暁  国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究グループ付 (60356962)

研究分担者 山森 弘毅  国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究グループ長 (00358293)
平山 文紀  国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (10357866)
佐藤 昭  国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (30357149)
永沢 秀一  国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 招聘研究員 (50500584)
福田 大治  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, 研究グループ長 (90312991)
佐藤 泰  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 (90357153)
大野 雅史  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (90391896)
研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2017年度)
配分額 *注記
44,200千円 (直接経費: 34,000千円、間接経費: 10,200千円)
2017年度: 11,310千円 (直接経費: 8,700千円、間接経費: 2,610千円)
2016年度: 15,080千円 (直接経費: 11,600千円、間接経費: 3,480千円)
2015年度: 17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円)
キーワードMicrowave Multiplexer / 周波数多重読出回路 / 超伝導検出器 / 多画素化 / 超伝導マイクロ波共振器 / SQUID(超伝導量子干渉素子) / TES(超伝導転移端センサ) / クロストーク / 多画素化(アレイ化) / 超伝導材料・素子 / 電子デバイス・機器 / 量子エレクトロニクス / 計測工学 / 微小共振器 / SQUID(超伝導量子干渉素子) / TES(超伝導転移端センサ) / 多画素化(アレイ化)
研究成果の概要

半導体等他検出器を凌駕する低雑音性を持つ反面、受光面積や計測時間で劣る超伝導検出器の欠点を解消し、小型・低消費電力・廉価な極低温冷却系の基での大規模な多画素化を可能とする、極低温下のマイクロ波帯周波数多重読出回路(MW-Mux)を採り上げる。MW-Muxを使う高分解能分光において、室温回路が1本の読出線上への多重化画素数Uを制約する現状を打破し、極低温回路の広帯域性をU増大に充分活かせる新方式を提案するとともに、プロトタイプ開発、基本動作実証、および性能評価を行った。その結果、従来型MW-Muxに比べ遜色ない低い雑音と画素間クロストークを実証し、将来的な大規模多画素化の礎を築いた。

報告書

(5件)
  • 2017 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 研究成果発表報告書
  • 研究成果

    (38件)

すべて 2021 2019 2018 2017 2016 2015 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (26件) (うち国際学会 10件、 招待講演 6件) 備考 (4件) 産業財産権 (4件)

  • [雑誌論文] Frequency-domain cascading microwave superconducting quantum interference device multiplexers; beyond limitations originating from room-temperature electronics2018

    • 著者名/発表者名
      Kohjiro Satoshi、Hirayama Fuminori
    • 雑誌名

      Superconductor Science and Technology

      巻: 31 号: 3 ページ: 035005-035005

    • DOI

      10.1088/1361-6668/aaa3c1

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Adjustable SQUID-resonator direct coupling in microwave SQUID multiplexer for TES microcalorimeter array2017

    • 著者名/発表者名
      H. Nakashima, F. Hirayama, S. Kohjiro, H. Yamamori, S. Nagasawa, N. Y. Yamasaki, K. Mitsuda
    • 雑誌名

      IEICE Electronics Express

      巻: 14 号: 11 ページ: 20170271-20170271

    • DOI

      10.1587/elex.14.20170271

    • NAID

      130005695877

    • ISSN
      1349-2543
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Study of Nb and NbN Resonators at 0.1 K for Low-Noise Microwave SQUID Multiplexers2017

    • 著者名/発表者名
      T. Irimatsugawa, F. Hirayama, H. Yamamori, S. Kohjiro, A. Sato, S. Nagasawa, D. Fukuda, M. Hidaka, Y. Sato, M. Ohno, H. Takahashi
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Applied Superconductivity

      巻: 27 号: 4 ページ: 1-5

    • DOI

      10.1109/tasc.2016.2637865

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Interchannel Crosstalk and Nonlinearity of Microwave SQUID Multiplexers2017

    • 著者名/発表者名
      F. Hirayama, T. Irimatsugawa, H. Yamamori, S. Kohjiro, A. Sato, S. Nagasawa, D. Fukuda, H. Sasaki, M. Hidaka, Y. Sato, M. Ohno, H. Takahashi
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Applied Superconductivity

      巻: 27 号: 4 ページ: 1-5

    • DOI

      10.1109/tasc.2016.2638082

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] マイクロ波SQUID多重読み出し室温回路の広帯域化2018

    • 著者名/発表者名
      平山文紀, 山田真也, 一戸悠人, 中島裕貴, 神代 暁, 山森弘毅
    • 学会等名
      第65回 応用物理学会 春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] マイクロ波多重読出し回路の共振器Q値と作製プロセス2018

    • 著者名/発表者名
      山森弘毅, 入松川知也, 中島裕貴, 平山文紀, 佐藤 昭, 神代 暁, 永沢秀一, 日高睦夫, 藤井 剛, 大野雅史
    • 学会等名
      第65回 応用物理学会 春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] X 線検出用 TES 読み出しのためのマイクロ波 SQUID マルチプレクサ2017

    • 著者名/発表者名
      中島裕貴、平山文紀、神代暁、山森弘毅、入松川知也、永沢秀一、日高睦夫、山崎典子、満田和久
    • 学会等名
      第64回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜、神奈川県横浜市
    • 年月日
      2017-03-15
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] TES のマイクロ波読出によるγ線光子検出2017

    • 著者名/発表者名
      入松川知也、平山文紀, 佐藤昭,山森弘毅, 永沢秀一, 福田大治, 日高睦夫, 佐藤泰, 神代暁, 大野雅史, 高橋浩之
    • 学会等名
      第64回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜、神奈川県横浜市
    • 年月日
      2017-03-14
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Evaluation and Improvement of Nb and NbN Microwave SQUID multiplexers for a gamma-ray TES with a Sn Absorber linked by Au Post2017

    • 著者名/発表者名
      T. Irimatsugawa, F. Hirayama, H. Yamamori, S. Kohjiro, A. Sato, S. Nagasawa, D. Fukuda, M. Hidaka, Y. Sato, M. Ohno, H. Takahashi
    • 学会等名
      17th International Workshop on Low Temperature Detectors
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of Microwave Multiplexer Readout System Based on SQUIDs Directly Coupled to Resonators for TES X-ray Microcalorimeter2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Nakashima, F. Hirayama, S. Kohjiro, H. Yamamori, S. Nagasawa, A. Sato, T. Irimatsugawa, H. Muramatsu, K. Sakai, N. Y. Yamasaki, K. Mitsuda
    • 学会等名
      17th International Workshop on Low Temperature Detectors
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 単一同軸ケーブルと複数室温モジュールによるマイクロ波SQUID多重化2017

    • 著者名/発表者名
      平山文紀, 神代 暁, 山森弘毅, 入松川知也, 永沢秀一, 日高睦夫
    • 学会等名
      第78回 応用物理学会 秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 超伝導遷移端検出器のマイクロ波帯多重化読出回路(超伝導検出器の最新情報3)2017

    • 著者名/発表者名
      神代 暁
    • 学会等名
      日本原子力学会2017年秋の大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] マイクロ波読出し回路作製プロセスの改善と共振Q値の向上2017

    • 著者名/発表者名
      山森弘毅
    • 学会等名
      電子情報通信学会超伝導エレクトロニクス研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Microwave SQUID multiplexing for Ti/Au bilayer TES X-ray microcalorimeter2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Nakashima, F. Hirayama, S. Kohjiro, H. Yamamori, S. Nagasawa, A. Sato, H. Hayashi, H. Muramatsu, N. Y. Yamasaki, K. Mitsuda
    • 学会等名
      30th International Symposium on Superconductivity
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Study on Electrode Property and Resonators' Q of Readout Circuits for Microwave Multiplexers2016

    • 著者名/発表者名
      H. Yamamori, T. Irimatsugawa, F. Hirayama, A. Sato, S. Kohjiro, Y. Nakashima, H. Ishino
    • 学会等名
      3rd International Workshop on Superconducting Sensors & Detectors
    • 発表場所
      産総研、茨城県つくば市
    • 年月日
      2016-11-17
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Design of the Microwave SQUID Multiplexer for Fast TES X-ray Microcalorimeter Arrays2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Nakashima, F. Hirayama, H. Yamamori, T. Irimatusgawa, S. Kohjiro, N. Y. Yamasaki, K. Mitsuda
    • 学会等名
      3rd International Workshop on Superconducting Sensors & Detectors
    • 発表場所
      産総研、茨城県つくば市
    • 年月日
      2016-11-16
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 産総研におけるマイクロ波SQUIDマルチプレクサ開発の現状2016

    • 著者名/発表者名
      平山文紀
    • 学会等名
      東北大学電気通信研究所共同プロジェクト研究会
    • 発表場所
      東北大学、宮城県仙台市
    • 年月日
      2016-10-26
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] TES型X線マイクロカロリメータアレイの読み出しに向けたマイクロ波SQUIDマルチプレクサの高速化2016

    • 著者名/発表者名
      中島裕貴、平山文紀、神代暁、山森弘毅、入松川知也、山崎典子、満田和久
    • 学会等名
      電子情報通信学会超伝導エレクトロニクス研究会
    • 発表場所
      東北大学、宮城県仙台市
    • 年月日
      2016-10-26
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] マイクロ波読み出し回路共振器のQ値と電極特性2016

    • 著者名/発表者名
      山森弘毅, 入松川知也, 平山文紀, 佐藤昭, 神代暁, 中島裕貴, 石野宏和
    • 学会等名
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      朱鷺メッセ、新潟市
    • 年月日
      2016-09-15
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Interchannel Crosstalk and Nonlinearity of Microwave SQUID Multiplexers2016

    • 著者名/発表者名
      F. Hirayama, T. Irimatsugawa, H. Yamamori, S. Kohjiro, A. Sato, S. Nagasawa, D. Fukuda, H. Sasaki, M. Hidaka, Y. Sato, M. Ohno, H. Takahashi
    • 学会等名
      Applied Superconductivity Conference 2016
    • 発表場所
      Colorado Convention Center, Denver, アメリカ合衆国
    • 年月日
      2016-09-06
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Study of NbN Resonators at 0.1 K for Low-Noise Microwave SQUID Multiplexers2016

    • 著者名/発表者名
      T. Irimatsugawa, F. Hirayama, H. Yamamori, S. Kohjiro, A. Sato, S. Nagasawa, D. Fukuda, M. Hidaka, Y. Sato, M. Ohno, H. Takahashi
    • 学会等名
      Applied Superconductivity Conference 2016
    • 発表場所
      Colorado Convention Center, Denver, アメリカ合衆国
    • 年月日
      2016-09-05
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] マイクロ波読出しによるTES模擬信号の測定2016

    • 著者名/発表者名
      入松川知也, 平山文紀, 佐々木仁, 佐藤昭, 山森弘毅, 永沢秀一, 福田大治, 日高睦夫, 佐藤泰, 神代暁, 大野雅史, 高橋浩之
    • 学会等名
      第63回応用物理学春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] マイクロ波SQUIDマルチプレクサのチャネル間漏話2016

    • 著者名/発表者名
      平山文紀, 入松川知也, 佐々木仁, 佐藤昭, 山森弘毅, 永沢秀一, 福田大治, 日高睦夫, 神代暁, 大野雅史, 高橋浩之
    • 学会等名
      第63回応用物理学春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Low Temperature Characterization of NbN Resonators for Microwave SQUID Multiplexer2015

    • 著者名/発表者名
      平山文紀, 佐藤昭, 入松川知也, 山森弘毅, 福田大治, 永沢秀一, 日高睦夫, 神代暁
    • 学会等名
      15th International Superconductive Electronics Conference
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Characterization of Niobium Nitride Resonators at 0.1 K in Microwave SQUID Multiplexers for Readout of Transition Edge Sensors & Metallic Magnetic Calorimeters2015

    • 著者名/発表者名
      神代暁, 平山文紀, 山森弘毅, 永沢秀一, 福田大治, 佐藤昭, 日高睦夫, 入松川知也
    • 学会等名
      Int. Workshop on Low Temp. Detectors 2015
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 超伝導検出器多画素読み出しのためのマルチプレクシング技術とマイクロ波多重化読出法に関する展望2015

    • 著者名/発表者名
      神代暁
    • 学会等名
      日本学術振興会第186委員会研究会
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] TESマイクロ波マルチプレクサの室温エレクトロニクス2015

    • 著者名/発表者名
      平山文紀, 入松川知也, 佐々木仁, 佐藤昭, 山森弘毅, 永沢秀一, 福田大治, 日高睦夫, 神代暁, 大野雅史, 高橋浩之
    • 学会等名
      第76回応用物理学秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] TESマイクロ波線形化読出し回路の評価2015

    • 著者名/発表者名
      入松川知也, 平山文紀, 佐々木仁, 佐藤昭, 山森弘毅, 永沢秀一, 福田大治, 日高睦夫, 神代暁, 大野雅史, 高橋浩之
    • 学会等名
      第76回応用物理学秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] TESマイクロ波読み出しにおけるランプ磁束変調を用いた入出力特性の線形化2015

    • 著者名/発表者名
      入松川知也, 平山文紀, 佐藤昭, 佐々木仁, 山森弘毅, 永沢秀一, 福田大治, 日高睦夫, 佐藤泰, 神代暁, 大野雅史, 高橋浩之
    • 学会等名
      電子情報通信学会超伝導エレクトロニクス研究会
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Fabrication and Characterization of Nb and NbN Microwave Resonators for Multiplexed Readout of Superconducting Detector Arrays2015

    • 著者名/発表者名
      山森弘毅, 平山文紀, 神代暁, 佐藤昭, 入松川知也, 福田大治, 永沢秀一, 日高睦夫, 石野宏和
    • 学会等名
      Int. Sympo. Supercond. 2015
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] プレス発表 光子・粒子・電磁波用超伝導検出器の画素数を飛躍的に増大する読出回路

    • URL

      http://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2018/pr20180201/pr20180201.html

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [備考] 産総研ナノエレクトロニクス研究部門超伝導計測信号処理グループホームページ

    • URL

      https://unit.aist.go.jp/neri/sscg/ja/index.html

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書 2016 実績報告書
  • [備考] 産総研Clean Room for Analog digital superconductiVITY

    • URL

      https://unit.aist.go.jp/neri/cravity/ja/index.html

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書 2016 実績報告書
  • [備考] 産総研研究者紹介 神代 暁

    • URL

      https://www.youtube.com/watch?v=JT2Eq23iotU&t=1s

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [産業財産権] 周波数多重読出装置及びその設計方法2021

    • 発明者名
      平山 文紀, 中島 裕貴, 神代 暁, 山森 弘毅
    • 権利者名
      産業技術総合研究所
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2017-100717
    • 取得年月日
      2021
    • 関連する報告書
      研究成果発表報告書
  • [産業財産権] 周波数多重読出装置2019

    • 発明者名
      神代 暁, 平山 文紀, 山本 弘毅, 福田 大治, 佐藤 昭, 永沢 秀一, 佐藤 泰
    • 権利者名
      産業技術総合研究所
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2015-148140
    • 取得年月日
      2019
    • 関連する報告書
      研究成果発表報告書
  • [産業財産権] 周波数多重読出装置及びその設計方法2017

    • 発明者名
      平山文紀、中島裕貴、神代 暁、山森弘毅
    • 権利者名
      産業技術総合研究所
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2017-100717
    • 出願年月日
      2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [産業財産権] 周波数多重読出装置2015

    • 発明者名
      神代暁,平山文紀,山森弘毅,福田大治,佐藤昭,永沢秀一,佐藤泰
    • 権利者名
      神代暁,平山文紀,山森弘毅,福田大治,佐藤昭,永沢秀一,佐藤泰
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2015-000187
    • 出願年月日
      2015-07-07
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書

URL: 

公開日: 2015-04-16   更新日: 2022-04-15  

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