2020 年度研究成果報告書

ハフニウム超伝導体を用いた究極の感度を持つ超伝導検出器への挑戦

研究課題

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研究課題/領域番号	18K18761
研究種目	挑戦的研究(萌芽)
配分区分	基金
審査区分	中区分15:素粒子、原子核、宇宙物理学およびその関連分野
研究機関	筑波大学
研究代表者	飯田崇史筑波大学, 数理物質系, 助教 (40722905)
研究期間 (年度)	2018-06-29 – 2021-03-31
キーワード	超伝導トンネル接合素子 / ハフニウム
研究成果の概要	本研究の目的はハフニウム超伝導体(Hf)を用いて世界最高感度の超伝導トンネル接合素子(STJ)を開発し、宇宙・素粒子物理実験における実用化の第一歩を踏み出すことである。200ミクロン角のHf-STJを作成し、韓国・基礎科学研究院 (IBS)に設置された断熱消磁冷凍機を用いてHf-STJを30mKに冷やした実験を行った。X線源からの事象を世界で初めてHf-STJの信号として観測することに成功した。得られたデータに対して、信号の基準波形をフィットして入射粒子のエネルギーを決定する解析手法を確立した。その結果、Fe-55のX線(5.9　keV)ピークを用いて6.7%のエネルギー分解能を達成した。
自由記述の分野	素粒子物理学実験
研究成果の学術的意義や社会的意義	超伝導検出器は最先端の一つであり、X線天文、暗黒物質探索等の基礎物理実験や、X線分析、質量分析、量子暗号などといった幅広い分野で応用されている。本研究では、超伝導体にハフニウム（Hf）を用いて、現行で最高感度のアルミニウム（Al）超伝導検出器より感度が高いHf-STJ検出器を世界で初めて開発し、その性能を評価することを目的としている。作成した200μm角のHf-STJを断熱消磁冷凍機で30mKまで冷却し、その性能を評価した。5.9KeVのX線を照射することにより、Hf-STJによる世界初のX線検出を実現し、エネルギー分解能6.7%@5.9keVを達成した。