2023 年度研究成果報告書

超小型・高分解能な超伝導転移端センサの開発

研究課題

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研究課題/領域番号	20K04610
研究種目	基盤研究(C)
配分区分	基金
応募区分	一般
審査区分	小区分21060:電子デバイスおよび電子機器関連
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	服部香里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 (10624843)
研究期間 (年度)	2020-04-01 – 2024-03-31
キーワード	単一光子検出器 / 超伝導検出器 / 微弱光イメージング / フラットレンズ / 超伝導転移端センサ
研究成果の概要	超高感度、高波長分解能かつ可視光、近赤外域で一気にスペクトルイメージングを行うための超伝導検出器の研究を行う。超伝導転移端センサ(TES)は、超高感度で可視光、近赤外域の単一光子を一個ずつ分光して検出可能という、既存の検出器にない大きな特徴がある。一方、波長分解能向上についてはまだ開発途上である(近赤外で100 nm、可視光で50 nm)。これを解決するために、本研究では(1)超伝導転移温度を下げることによる分解能向上の取り組み波長分解能向上 (2)1 umのサイズの小型TESの試作 (3)TES上の狭い領域に集光できるデバイスの開発を行なった。
自由記述の分野	超伝導
研究成果の学術的意義や社会的意義	本研究で開発した超伝導転移端センサ(TES)は、微弱光バイオイメージングへの応用が期待されている。センサを極低温まで冷却しノイズや暗係数を抑えることで、サンプルからの微弱光を感度良く捉えることができる。これはサンプルの自家蛍光を捕らえたり、より弱い光を照射してサンプルを観察することで、より自然な状態での観察を可能とする。また、可視光と近赤外という広い波長域を一気に捉えることで、今まで見えなかったものが見える可能性がある。このように、TESを用いたバイオイメージングには高いポテンシャルがあるが、波長分解能が十分ではないのが課題であった。本研究はこれを解決するための重要なステップとなった。