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超伝導転移温度特性を利用した多帯域マルチモード電波検出器の開発研究

研究課題

研究課題/領域番号 15K13491
研究種目

挑戦的萌芽研究

配分区分基金
研究分野 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理
研究機関京都大学 (2017-2018)
大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構 (2015-2016)

研究代表者

田島 治  京都大学, 理学研究科, 准教授 (80391704)

研究分担者 田井野 徹  埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (40359592)
研究協力者 大谷 知行  
研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2017年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2016年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2015年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
キーワード超伝導検出器 / ミリ波 / 宇宙マイクロ波背景放射
研究成果の概要

全ての電波検出器には「高統計」と「多帯域性」が求められる。本研究ではコンパクトかつ安価に、それらを実現する検出器の開発に挑戦した。超伝導転移温度(Tc)特性を利用して周波数応答を決定することで、アンテナを一切持たないシンプルな構成とする。「周波数応答性はアンテナで定義するもの」という従来の常識を覆す斬新なアプローチと、1素子で従来の100倍もの高統計を実現するアイデアの融合により「高感度でもコンパクトかつ安価」な検出器を目指した。感度帯域を定義するために超伝導膜の転移点をコントロールする手法を確立し、また、検出器信号を読み出す回路と制御・解析ソフトウェアを開発した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

超伝導素子は従来の半導体素子と比較して千分の一もの細かな目盛りで計測出来る技術である。超伝導素子を使った検出器により、近年活発に産業応用されているミリ波をはじめとした種々の計測技術が高感度化する。そして、本研究成果はミリ波に対する有感帯域をコントロールする新たな手法を確立した。また、その読み出しエレクトロニクスもまた、超伝導技術を用いた量子コンピュータのビット数を増やす基礎技術となっている。

報告書

(5件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実施状況報告書
  • 2016 実施状況報告書
  • 2015 実施状況報告書
  • 研究成果

    (27件)

すべて 2018 2017 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 3件、 査読あり 5件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 9件、 招待講演 11件) 図書 (1件) 備考 (5件) 産業財産権 (1件)

  • [国際共同研究] カナリア宇宙物理学研究所(スペイン)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] GroundBIRD: Observation of CMB Polarization with a Rapid Scanning and MKIDs2018

    • 著者名/発表者名
      Nagasaki T. et al.
    • 雑誌名

      Journal of Low Temperature Physics

      巻: 193 号: 5-6 ページ: 1066-1074

    • DOI

      10.1007/s10909-018-2077-y

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Optimization of Geomagnetic Shielding for MKIDs Mounted on a Rotating Cryostat2018

    • 著者名/発表者名
      Kutsuma Hiroki、Hattori Makoto、Kiuchi Kenji、Mima Satoru、Nagasaki Taketo、Oguri Shugo、Suzuki Junya、Tajima Osamu
    • 雑誌名

      Journal of Low Temperature Physics

      巻: 193 号: 3-4 ページ: 203-208

    • DOI

      10.1007/s10909-018-2036-7

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Development of a Data Acquisition System for Kinetic Inductance Detectors: Wide Dynamic Range and High Sampling Rate for Astronomical Observation2018

    • 著者名/発表者名
      Suzuki J.、Ishitsuka H.、Lee K.、Oguri S.、Tajima O.、Tomita N.、Won E.
    • 雑誌名

      Journal of Low Temperature Physics

      巻: 193 号: 3-4 ページ: 562-569

    • DOI

      10.1007/s10909-018-2033-x

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Development of an Optical Coupling with Ground-Side Absorption for Antenna-Coupled Kinetic Inductance Detectors2017

    • 著者名/発表者名
      H. WATANABE, S. MIMA, S. OGURI, M. YOSHIDA et al.
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Electronics

      巻: E100.C 号: 3 ページ: 298-304

    • DOI

      10.1587/transele.E100.C.298

    • NAID

      130005397854

    • ISSN
      0916-8524, 1745-1353
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Sensing of the Atmospheric Water Vapor with Millimeter Wave Spectrometer - KUMODeS2016

    • 著者名/発表者名
      O. Tajima, K. Araki, H. Ishimoto, T. Nagasaki
    • 雑誌名

      Progress in Electromagnetic Research Symposium (PIERS)

      巻: なし ページ: 4157-4161

    • DOI

      10.1109/piers.2016.7735564

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] GroundBIRD2018

    • 著者名/発表者名
      O. Tajima
    • 学会等名
      CMB foregrounds for B-mode studies
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Performance evaluation of MKIDs on a high-speed rotating system for CMB telescope: GroundBIRD2018

    • 著者名/発表者名
      S. Mima, The GroundBIRD collaboration
    • 学会等名
      SPIE Astronomical Telescopes+Instrumentation
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] CMB polarization experiment GroundBIRD2018

    • 著者名/発表者名
      C. Otani, The GroundBIRD collaboration
    • 学会等名
      Joint Workshop of 19thEast Asia Submillimeter-Wave Receiver Technology Workshop and 5thRIKEN-NICT Joint Workshop of Terahertz Technology
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] CMB Polarization at Canary Islands - QUIJOTE and GroundBIRD2018

    • 著者名/発表者名
      O. Tajima and R. G. Santos
    • 学会等名
      Large Infrastructures for Astrophysics Synergies and Cooperation between Spain and Japan
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] GroundBIRD実験と関連技術の動向・展望2018

    • 著者名/発表者名
      田島治
    • 学会等名
      宇電懇シンポジウムFY2017「未来を拓く技術開発とその将来展望」
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] GroundBIRD - KIDs meet the cosmic inflation2017

    • 著者名/発表者名
      O. Tajima
    • 学会等名
      Exploring the Energetic Universe, the inaugural international conference of the Energetic Cosmos Laboratory (ECL)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 簡単・便利な超伝導計測 - 100倍精度の計測を非専門家の手で2017

    • 著者名/発表者名
      田島治
    • 学会等名
      第1回TIA かけはし 成果報告会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Quest for the origin of the Big Bang Universe by using cutting-edge superconducting detectors, KIDs2016

    • 著者名/発表者名
      O. Tajima
    • 学会等名
      International Workshop on Superconductivity and Related Functional Materials 2016 (IWS- RFM2016)
    • 発表場所
      物質材料研究機構(茨城県つくば市)
    • 年月日
      2016-12-20
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] GroundBIRD - KIDs meet the cosmic inflation2016

    • 著者名/発表者名
      O. Tajima
    • 学会等名
      5th Workshop on the Physics and Applications of Superconducting Microresonators
    • 発表場所
      ミラノ(イタリア)
    • 年月日
      2016-06-22
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] CMB Polarization – recent & future2016

    • 著者名/発表者名
      田島治
    • 学会等名
      宇宙電波懇談会シンポジウム
    • 発表場所
      国立天文台(東京都三鷹市)
    • 年月日
      2016-03-09
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] CMB Polarization - recent & future2016

    • 著者名/発表者名
      O. Tajima
    • 学会等名
      KEK Theory Meeting on Particle Physics Phenomenology (KEK-PH2016)
    • 発表場所
      KEK (茨城県つくば市)
    • 年月日
      2016-02-09
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Rotation of Telescope !?2015

    • 著者名/発表者名
      O. Tajima
    • 学会等名
      Cosmology with CMB-S4 Workshop
    • 発表場所
      ミシガン(米国)
    • 年月日
      2015-09-21
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Ti/TiN積層膜を用いた力学インダクタンス検出器の性能評価2015

    • 著者名/発表者名
      古谷野凌, 美馬覚, 成瀬雅人, 明連広昭, 大谷知行, 田島治, 田井野徹
    • 学会等名
      応用物理学会・第76回応用物理学学術講演会
    • 発表場所
      名古屋国際会議場(愛知県名古屋市)
    • 年月日
      2015-09-15
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] 宇宙マイクロ波背景放射で迫る宇宙創世の物理2015

    • 著者名/発表者名
      田島治
    • 学会等名
      原子核三者若手 夏の学校2015
    • 発表場所
      ホテルたつき( 愛知県蒲郡市)
    • 年月日
      2015-08-19
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [図書] OplusE 2017年6月号(第451号)特集記事 クモデス-ミリ波分光で竜巻・ゲリラ豪雨の「予兆の予兆」を捉える2017

    • 著者名/発表者名
      田島治
    • 総ページ数
      6
    • 出版者
      アドコム・メディア株式会社
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [備考] Kyoto CMB Group

    • URL

      https://www-he.scphys.kyoto-u.ac.jp/research/CMB/index.html

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] Kyoto CMB Groupホームページ

    • URL

      https://www-he.scphys.kyoto-u.ac.jp/research/CMB/index.html

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [備考] 高エネルギー加速器研究機構 実験的宇宙物理研究グループ

    • URL

      http://cmb.kek.jp/page03_progress.html#GB

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [備考] 埼玉大学工学部電気電子システム工学科 電子制御工学研究室

    • URL

      http://www.super.ees.saitama-u.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [備考] 理化学研究所 テラヘルツイメージング研究チーム

    • URL

      http://www.riken.jp/lab-www/THz-img/

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [産業財産権] 放射測定器2016

    • 発明者名
      田島治、長崎岳人
    • 権利者名
      高エネルギー加速器研究機構
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2016-02-09
    • 取得年月日
      2016-10-14
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書

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公開日: 2015-04-16   更新日: 2020-03-30  

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