| 研究課題/領域番号 |
19H02205
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分21060:電子デバイスおよび電子機器関連
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| 研究機関 | 国立天文台 |
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研究代表者 |
小嶋 崇文 国立天文台, 先端技術センター, 准教授 (00617417)
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| 研究分担者 |
鵜澤 佳徳 国立天文台, 先端技術センター, 教授 (00359093)
木内 等 国立天文台, アルマプロジェクト, 特任教授 (90358911)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)
2022年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2021年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2020年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2019年度: 8,060千円 (直接経費: 6,200千円、間接経費: 1,860千円)
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| キーワード | 超伝導 / 低雑音増幅器 / マイクロ波 / 量子雑音限界 / SISミキサ / 冷却型増幅器 / マイクロ波増幅器 / 低雑音 / 周波数ミキサ / 電波天文 / 増幅器 / 周波数コンバータ / マルチビーム |
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| 研究開始時の研究の概要 |
電波天文用受信機のさらなる機能拡張を目指し、研究代表者および研究分担者は超伝導体-絶縁体-超伝導体(SIS)周波数変換素子(ミキサ)を2つ用いた新しい原理のマイクロ波増幅器を考案した。事前検討により、当原理に基づく増幅器の利得を確認し、極めて低消費電力で動作することを実証している。本研究では、当増幅器の研究を進め、回路の理論的検証と実験的最適化を進め、高性能な超伝導増幅器の実現を目指す。また、既存のマイクロ波帯低雑音増幅器と比較した有用性を明らかにすることを目的として研究する。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、ミリ波サブミリ波帯において超高感度ヘテロダイン受信機に用いられてきたSIS(超伝導体-絶縁体-超伝導体)ミキサを用いた新しい原理の超伝導マイクロ波増幅器を対象としている。HEMT等に代表される従来の冷却低雑音増幅器と比較し、その有用性を明らかにするとともに、汎用性の高い超伝導増幅器の実現を目指して研究を実施した。最終的に、5 GHz以下の周波数帯において、マイクロワットレベルの消費電力で11Kの低雑音性能を実証することができた。また、当初想定していなかった、振幅や位相の非相反性も発見し、2つのSISミキサを用いた回路構成の発展性や応用可能性について有望な結果を見出すことができた。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究では低消費電力かつ低雑音で動作するマイクロ波増幅器を実証するとともに、巧みな位相制御により、増幅特性を単方向化することも可能であることを見出した。これにより、本回路構成に基づく増幅器が汎用的特性を有することを明らかすることができた。本成果に基づき、2023年3月記者発表を行い、新聞やWeb等の複数のメディアに取り上げられた。今後、半導体増幅器の置き換えを目指して、実践的な開発研究を加速することにより、アレイ化が必要とされる電波天文分野や、量子ビット数増加で同様の課題を有する超伝導量子コンピュータ分野への貢献も期待される。
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