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2014 年度 実施状況報告書

ナノ医用診断のためのSQUID磁気センサの高性能化設計用シミュレーションの開発

研究課題

研究課題/領域番号 25350558
研究機関北海道大学

研究代表者

野口 聡  北海道大学, 情報科学研究科, 准教授 (30314735)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワード超電導シミュレーション / SQUID / 高温超伝導体
研究実績の概要

当該年度は、主にSQUIDリングの量子的挙動シミュレーションと磁束挙動を考慮した微小シミュレーションに取り組んだ。
HTS dc-SQUIDを高精度に解析するためには、ジョセフソン結合の位相差を考慮した量子的なシミュレーションが不可欠である。そこで、これまで開発してきた三次元有限要素法に、ジョセフソン結合の特性を表す回路方程式を連成させて、シミュレーションを行った。ジョセフソン結合の等価回路としては、位相差と電圧の関係、さらには磁束の量子化式を考慮した。これらは、非線形計算となり、従来のニュートンラプソン法などの非線形計算法が使用できなかったので、新たに非線形計算法も提案した。これらの結果から、従来の回路方程式だけでSQUIDリングの性質を評価していた手法よりも、有限要素法を連成させることで、より精度の高い解析が行えることが示せた。具体的には、SQUIDリング内の電流経路など、これまでに不明であった部分を明らかにすることができた。そして、出力電圧が従来法と異なることも示せた。この成果は、2015年度の国際会議で発表する予定である。
また、磁束挙動シミュレーションは、昨年に続き開発を行い、磁束侵入を表現することに成功した。磁束挙動はフラックスフローやフラックスクリープなどのミクロ現象により表現されるが、今回はピンニング力と磁場の関係をとくに調査した。ピンニング力の磁場依存性が、超電導特性に大きな影響を与えることを示すことができた。これらの成果は、国際会議INTERMAGで発表するに至った。今後は、ピンの大きさや密度などの同定を行う必要がある。

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

1つ目の課題は、昨年度に明らかになった課題である量子化条件を考慮することが、当該年度で達成できた。
2つ目の課題も、順調にピンニング力の推定ができた。
順調に進展しており、そろぞれ国際会議で発表、もしくは発表予定であることから、「おおむね順調に進展している」と判断した。

今後の研究の推進方策

当初予定通り順調に進んでいるため、来年度はSQUIDの最適化設計について検討していきたい。また、磁束挙動シミュレーションから、損失や電圧などの計算部分を開発し、SQUIDのノイズメカニズム解明へ発展させるよていである。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (8件)

  • [雑誌論文] Numerical Simulation of DC SQUID Taking Into Account Quantum Characteristic of Josephson Junction2015

    • 著者名/発表者名
      Naoya Terauchi, So Noguchi, Hajime Igarashi
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Magnetics

      巻: 51 ページ: 7202804

    • DOI

      10.1109/TMAG.2014.2357011

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Numerical simulation of SQUID magnetometer considering equivalent electrical circuit of Josephson junction2014

    • 著者名/発表者名
      Naoya Terauchi, So Noguchi, Hajime Igarashi
    • 雑誌名

      Physics Procedia

      巻: 58 ページ: 200-203

    • DOI

      10.1016/j.phpro.2014.09.055

    • 査読あり
  • [学会発表] 高温超電導量子干渉素子の量子的特性を考慮した数値解析2015

    • 著者名/発表者名
      寺内 直也,野口 聡,五十嵐 一
    • 学会等名
      平成27年 電気学会 静止器・回転機合同研究会
    • 発表場所
      宮古島マリンターミナル(宮古島市)
    • 年月日
      2015-03-06
  • [学会発表] Numerical Simulation of dc-SQUID by FEM Coupling with Circuit Equation Taking into Account Phase Difference of Josephson Junction2014

    • 著者名/発表者名
      Naoya Terauchi, So Noguchi, Hajime Igarashi
    • 学会等名
      27th International Symposium on Superconductivity
    • 発表場所
      タワーホール船堀(東京都)
    • 年月日
      2014-11-27
  • [学会発表] Simulation of Microscopic Magnetic Flux Behavior Inside of High-temperature Superconductor2014

    • 著者名/発表者名
      So Noguchi, SeokBeom Kim
    • 学会等名
      59th Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials
    • 発表場所
      Hilton Hotel (Honolulu, USA)
    • 年月日
      2014-11-04
  • [学会発表] 高温超電導導体内における磁束線挙動の解析2014

    • 著者名/発表者名
      中谷 健吾,野口 聡,五十嵐 一
    • 学会等名
      平成26年度 電気・情報関係学会北海道支部連合大会
    • 発表場所
      北海道科学大学(札幌市)
    • 年月日
      2014-10-25
  • [学会発表] ジョセフソン接合の位相差を考慮したdc-SQUIDの数値シミュレーション2014

    • 著者名/発表者名
      寺内 直也,野口 聡,五十嵐 一
    • 学会等名
      平成26年度 電気・情報関係学会北海道支部連合大会
    • 発表場所
      北海道科学大学(札幌市)
    • 年月日
      2014-10-25
  • [学会発表] A modified PSO method using multiple finite element meshes for minimizing influence of mesh on optimal solution2014

    • 著者名/発表者名
      Naoya Terauchi, So Noguchi, Hajime Igarashi
    • 学会等名
      The Sixteenth Biennial IEEE Conference on Electromagnetic Field Computation
    • 発表場所
      The Imperial Palace (Annecy, France)
    • 年月日
      2014-05-26
  • [学会発表] Fluxoid Motion Simulation in High-Temeratrure Superconductor2014

    • 著者名/発表者名
      Kengo Nakatani, So Noguchi, Hajime Igarashi, Atsushi Ishiyama
    • 学会等名
      he Sixteenth Biennial IEEE Conference on Electromagnetic Field Computation
    • 発表場所
      The Imperial Palace (Annecy, France)
    • 年月日
      2014-05-26
  • [学会発表] Numeical simulation of SQUID magnetometer taking into account quantum characteristic of Josephson junction2014

    • 著者名/発表者名
      Naoya Terauchi, So Noguchi, Hajime Igarashi
    • 学会等名
      he Sixteenth Biennial IEEE Conference on Electromagnetic Field Computation
    • 発表場所
      The Imperial Palace (Annecy, France)
    • 年月日
      2014-05-26

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公開日: 2016-05-27  

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