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2011 年度 実績報告書

二硼化マグネシウムナノ細線を用いた単一光子検出器の開発

研究課題

研究課題/領域番号 22360148
研究機関日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所

研究代表者

柴田 浩行  日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 量子光物性研究部, 主任研究員 (60393732)

キーワード二硼化マグネシウム / 単一光子検出器 / ナノ細線 / 超伝導材料 / 保護膜 / MBE / 超薄膜 / 赤外線
研究概要

本研究課題は金属・金属間化合物の中で最も高いT_c=39Kを有する二硼化マグネシウムを用いて、赤外域における超伝導ナノ細線単一光子検出器を実現することを目的とする。
前年度までに、無機材質(アモルファスカーボン)をマスクに利用した新しい単一ナノ細線作製法を確立し、この手法を用いて作製した幅100nm、厚さ10nmのMgB_2ナノ細線は、赤外域の単一光子を検出可能なことを確認している。平成23年度は超薄膜の高品質化を中心に取り組んだ。まず、前年度導入した新型レート制御装置を用いて低速度成長によるマイグレーションの促進を図った。しかし、成膜速度を5nm/minまで低下させても有意な膜質の向上は見られなかった。成長速度の更なる低下はレートが不安定となるために中断し、別手法として高温アニールを検討した。その結果、ラピッドアニール(昇温、降温速度500℃/min)が膜質向上に有効であることを見出した。ラピッドアニールによってT_cは4-5K程度上昇し、断面TEM観察では結晶化が促進されている。但し、EDS断面分析では膜表面5nm程度は酸化され、Mgが減少している。実際、膜厚が薄くなるとアニールによる再現性、均一性が低下する。そこで更にSiO_2、AlNなどの保護膜を検討した。現在、膜厚10nmでT_c=21-25Kの保護膜付MgB_2膜が再現性良く作製出来ており、条件の最適化を進めている。一方、メアンダ加工については本研究で開発したアモルファスカーボンを用いたリフトオフ法を中心に検討した。しかし、幅100nmのメアンダ細線を再現性良くリフトオフできる条件が現状では得られておらず、他の手法も含めて検討中である。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

これまでの研究によって、本研究最大の課題であるMgB_2ナノ細線による赤外域単一光子検出はすでに達成した。MgB_2ナノ細線作製のために、無機材質(アモルファスカーボン)を用いたリフトオフ法を新たに開発した。また、超薄膜の膜質向上についても着実に進展している。材料パラメータから予測した性能の実現には更なる性能向上が必須であるが、全体としてみればおおむね順調に進展していると言える。

今後の研究の推進方策

今後の研究方針は、ラピッドアニールにより膜質が向上したMgB_2超薄膜を用いて、メアンダ型単一光子検出器を実現することを第一とする。メアンダ加工にはリフトオフ法を予定していたが、現時点では成功していない。そこで、今後はAlN保護膜付のミリング法についても検討する。ラピッドアニールの最適化と共に高性能メアンダ型単一光子検出器が実現すれば、当初の研究計画通り時間相関測定・量子暗号通信応用を行う。一方、NbNナノ細線単一光子検出器を超える性能が得られなかった場合は、性能の向上、特に超薄膜の更なる膜質改良に注力する。具体的には、MEE(Molecular-Migration Epitaxy)法を中心に検討する。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2012 2011 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (3件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Low Noise MgB_2 terahertz hot-electron bolometer mixers2012

    • 著者名/発表者名
      S.Bevilacqua, S.Cherednichenko, V.Drakinskiy, J.Stake, H.Shibata, Y.Tokura
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 100 ページ: "033504-1"-"033504-3"

    • DOI

      10.1063/1.3678027

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 超伝導単一光子検出器2011

    • 著者名/発表者名
      柴田浩行
    • 雑誌名

      NTT技術ジャーナル

      巻: Vol.23 No.6 ページ: 58

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Superconducting Single-photon Detectors2011

    • 著者名/発表者名
      H.Shibata
    • 雑誌名

      NTT Technical Review

      巻: Vol.9 No.9

    • 査読あり
  • [学会発表] Optical Characterization of MgB_2 nanowire with various dimensions2011

    • 著者名/発表者名
      H.Shibata, H.Takesue, T.Honjo, T.Akazaki, Y.Tokura
    • 学会等名
      24th International Symposium on Superconductivity
    • 発表場所
      タワーホール船堀、東京
    • 年月日
      2011-10-26
  • [学会発表] Investigation of MgB_2 HEB mixer gain bandwidth2011

    • 著者名/発表者名
      S.Bevilacqua, S.Cherednichenko, V.Drakinskiy, H. Shibata, A. Hammar, J.Stake
    • 学会等名
      36th International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves
    • 発表場所
      Houston, USA
    • 年月日
      2011-09-04
  • [学会発表] 二硼化マグネシウムナノ細線を用いた単一光子検出器開発2011

    • 著者名/発表者名
      柴田浩行、武居弘樹、本庄利守、赤崎達志、都倉康弘
    • 学会等名
      第72回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      山形大学
    • 年月日
      2011-09-01
  • [備考]

    • URL

      http://www.brl.ntt.co.jp/group/ryousei-g/topics-j.html

URL: 

公開日: 2013-06-26  

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