| 研究課題/領域番号 |
16H06092
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| 研究機関 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 |
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研究代表者 |
全 伸幸 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 (20455439)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | 計測工学 / 超伝導材料・素子 / 量子細線 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、分子が入射した位置を決定できる超高感度な撮像型の分子検出器を開発する。超伝導ストリップ線をイオン受光部に応用し、現有の飛行時間型質量分析装置（TOF MS）の検出部に搭載する。単一細胞内におけるタンパク質の質量と空間分布を同時に測定できるイメージング質量分析を実現することが本研究の目的である。
これまでに、ストリップ線方向の力学インダクタンスLと、誘電体層のキャパシタンスCをパラメータとして、最終目標の画素数に相当する2500段だけ直列に接続したシミュレーションを実施したところ、立ち上がり時間が10～20ピコ秒の高速パルスを伝送可能なパラメータLとCを得ることができ、実現すべき検出器構造を明らかにした。さらに、シミュレーションで明らかにしたその検出器構造を実際に作製し、質量分析装置に搭載してイオンを照射したところ、イオンが衝突した際にストリップ両端から正・負極一対の電流パルスが出力されるという基本原理を世界で初めて実証した。
しかしながら、出力電流パルスのS/N比が小さく、また、それら正・負一対の電流パルスの遅延時間が想定よりも早いという2つの問題点があった。
1点目については、チップキャリアの高周波伝送特性が不良であることを突き止めており、高周波対応のセラミック基板を用いることで解決の糸口を掴んだ。
2点目については、その原因を明らかにするため、作製した超伝導ストリップの超伝導特性を精細に調査した。具体的には、線幅の異なる様々な超伝導ストリップの磁場下における抵抗温度特性やホール係数を取得した。その結果で得られた力学インダクタンスLは、これまでの光やイオンを照射したときに得られる出力パルスの時定数から算出される値よりも一桁小さく、これが正・負一対の電流パルスを時間軸上で十分に分離できない原因であることを突き止めた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
イオンが衝突した際にストリップ両端から正・負極一対の電流パルスが出力されるという基本原理を世界で初めて実証したものの、超伝導ストリップの力学インダクタンスLが想定よりも一桁小さく、それらの電流パルスを時間軸上で十分に分離できないという問題に突き当たっている。
未だ単一細胞のイメージングに取り掛かれていないので「やや遅れている」が妥当である。
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| 今後の研究の推進方策 |
ニオブ超伝導ストリップの力学インダクタンスLが想定よりも小さいことは、SQUIDを用いた異なる実験手段においても確認しており、間違いはない。ところでこれらの物性計測を通じて、ニオブの超流動密度と準粒子密度を得ることができるが、これらの値から、ニオブ中の電子のうち、わずか10%程度しか超伝導に寄与していないことが分かった。これが小さいLの原因であると考えている。
次年度は、Lを大きくするため、ニオブの厚さを現状の40nmから10nmまで薄くする、あるいは磁場侵入長の大きな窒化ニオブで超伝導ストリップを作る、という方策で研究を進める。
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